Главная Взрывная дейтериевая энергетика 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 [ 31 ] 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 /ТОЙ в тонкие слои, сры-легко прогреваться и йена ударной волны натрий ощего излучения (б„зл). , требует дополнительно- ановили, что на 43,2 МэВ присоединения нейтрона авляет около 6...8 МэВ. яительной энергии в виде i энерговыделения. Часть [яться в течение часов, же составляет энерговы-10 бы испарить до 250 кг a. При удельном объеме жно было бы испарить 2кг/м1 раздробить даже больше пощена энергия q. , то - теплоемкость) и будет )о линейный размер на ) коэффициентами рас-шй натрий. и двумерном (струя на- жду размером слоя на-рев произошел быстро, я, преодолевая динами-ктельно можно оценить Цж/кг]. гь звука в Na. (4.31) Это выражение уже при зд = 1 МДж/кг некорректно: натрий, имевший температуру -120 °С, нагрелся бы выше точки кипения (перегретая жидкость), и часть натрия перешла бы в парообразное состояние. При меньших для первых оценок формулу (4.31) использовать можно. Оценим плотность энергии излучения Ф на сферической защитной стенке, которая находится на расстоянии от центра взрыва 7?[м] = 182[кт]. Считая, что энергия излучения (Зизл =0,1(2, после подстановок получим Ф
-Ю^е'И- (4.32) Для простоты будем считать, что нейтронное излучение преобразовано в натрии в гамма-излучение и последнее имеет пробег по поглощению энергии 2 в натрии X = 400 кг/м . Тогда плотность разогревающей энергии на защитной стенке Зс[МДж/кг] = = 0,25е'3[кт]. (4.33) Отсюда и из формулы(4.31) >зл.Зс[м/с]-190е'/ЗН. Не совсем обычна зависимость плотности разогревающей энергии от энерговыделения q ос Ql. Если для килотонного энергозаряда (q = 0,25 МДж/кг) скорость разлета оказалась бы около Урзд = 200 м/с, то для 25-килотонного ( = 0,7 МДж/кг) Уразд = 550 м/с. В приближении линейной зависимости скорости разлета от разогрева, наибольшее перемещение до прихода взрывной волны произойдет у наиболее удаленного натрия. Действительно, на других расстояниях г от энергозаряда скорость разлета равна разл. ЗС (4.34) Время прихода ударной волны на радиус г и защитную стенку (ЗС [м] =186* [кт]) можно оценить, используя формулу (3.30): (4.35) гдеГзс[мс] = 4сР£е'/-05е'/3[кт]. зс j Перемещения, таким образом, составят: , AЗC-Vpaзл.зCЗC-ОД 96/3 Аг(г) = Агзс = Аг-. (4.36) Этот разлет не мал. Для g = 25 кт т. э. он составит на защитной стенке около полуметра. Это соображение приводит к ряду следствий. Во-первых, первоначально дырявая защитная стенка до прихода ударной волны может сомкнуться. Во-вторых, натриевая струя (рис. 4.5), при переводе даже 10 % энергии взрыва в излучение имела бы перед ударом втрое большее сечение и на порядок меньшую плотность. Дробление таких <фаспухших струй шло бы намного интенсивнее, чем можно было бы ожидать из расчетов, результат которых показан на рис. 4.5. Какова может быть масса таких струй? Площадь, занятая ими ~2kR-q, а толщина равна пробегу излучения ~ 400 кг/м . Таким образом, масса прогретого натрия в струях, если принять Hq ~ IR-q , будет приблизительно такой же, как и масса прогретого натрия в сферической оболочке, располагающейся на приведенном радиусе защитной стенки: t] = 4n}i7?c=1.5 10-e2/ М стр (4.37) Для килотонного энергозаряда можно разогреть около 1,5 кт натрия, а для 25-килотонного - около 13 кт. Это больше, чем может испариться до состояния насыщенного пара. Границы эти условны: если полуметровый слой натрия вспухнет с увеличением объема на порядок, то следующий заэкранированный слой вспухнет всего только в 2...3 раза. Фактически с той же плотностью, что и для малого энергозаряда, можно получить на 25-килотонном заряде вдвое - втрое большую массу, чем по формуле (4.37). Еще одно следствие состоит в том, что имея десятую часть общего энерговыделения в виде излучения, можно массу теплоносителя, равную {\...2)Q, переместить и подготовить для поглощения энергии разогретого аргона еще и до прихода взрывной волны. § 4.7. Перемешивание натрия с аргоном Есть еще один механизм гашения действия взрывной волны на корпус КВС, связанный с потерей устойчивости ЗС при ее движении в направлении корпуса. Его можно пояснить на примере процесса, протекающего в сосуде, в нижнюю часть которого до высоты h залита вода (плотность 1000 кг/м^), а в верхнюю, отделенную от воды тонкой пленкой, - ртуть (плотность 13 550 кг/м'). Ртуть давит н£ пока какое-нибуд! При малейшем иск то есть начнется вз слой перемешанны (турбулентный ело Каков будет yi кого падения ртуп не перемешалась с нием пренебрегаем С учетом разн Ррт-Рво лась бы в -- Ррт на силу Архимеда при ударе ртути, сс где Cp.j, = 1450 м/с-При /г = 1 м ( примерно 800 атм. Фактически ж границы образуете! рости распределен! на дно сосуда будс Аналогичные стенки и ее ударе аргона ~ 1 кг/м^. 3; зится. При этом та! мешивание (ТП). А терий-тритиевую с ного термоядерной синтеза (УТС). Специалисть! я изучением процесс; дством одного из К] РФЯЦ - ВНИИЭс ния жидких защити Были проведены та начальная геометр! г (4.36) I защитной стенке око-й. ка до прихода ударной le даже 10 % энергии ; сечение и на порядок й шло бы намного ин-льтат которых показан занятая ими ;м образом, масса про- приблизительно такой чке, располагающейся 1- (4.37) ю 1,5 кт натрия, а для париться до состояния етровый слой натрия дий заэкранированный эй же плотностью, что )нном заряде вдвое - 1 часть общего энерго-I, равную (1...2)(2, пе-гтого аргона еще и до IHOM волны на корпус КВС, направлении корпуса. ) в сосуде, в нижнюю кг/м'), а в верхнюю, 3 550 кг/м^). Ртуть давит на воду и опирается на нее, граница вода-ртуть неподвижна, пока какое-нибудь возмущение не нарушит этого неустойчивого равновесия. При малейшем искривлении границы ртуть устремится в воду в виде языков , то есть начнется взаимное проникновение воды и ртути. Постепенно образуется слой перемешанных, хаотически двигающихся внутри него масс воды и ртути (турбулентный слой). : Каков будет удар ртути о дно сосуда? Конечно, не такой, как в случае плоского падения ртути, пусть даже с поправкой на силу Архимеда. Если бы ртуть не перемешалась с водой, она упала бы на дно со скоростью vgog = -Igh (трением пренебрегаем). С учетом разности плотностей ртути и воды кинетическая энергия оказа- лась бы в Ррт Рводы ррт раз меньше, и скорость падения ртути с поправкой только на силу Архимеда была бы примерно та же: Удр^ = vq . Давление, возникшее при ударе ртути, составило бы , , %х = РртСртАрх (4.38) где Cp.j, = 1450 м/с - скорость звука в ртути. При /г = 1 м (удрх = 4,5 м/с) удар сопровождается давлением в 80 МПа, примерно 800 атм. ; Фактически же, вследствие перемешивания ртути с водой, вместо резкой границы образуется слой перемешивания, и, так как в нем массы ртути и их скорости распределены случайно (турбулентный слой), удар смягчается и давление на дно сосуда будет значительно ниже. Аналогичные явления происходят в КВС при движении натриевой защитной стенки и ее ударе о корпус камеры. Плотность натрия 1000 кг/м^, плотность аргона ~ 1 кг/м^ . Защитная стенка сначала ускоряется газом, затем газом тормозится. При этом также развиваются неустойчивость границ и турбулентное перемешивание (ТП). Аналогичный же процесс происходит при попытках сжать дей-терий-тритиевую смесь в мишенях, предназначенных для реализации инерционного термоядерного синтеза (ИТС) по программе управляемого термоядерного синтеза (УТС). Специалисты ядерных центров в России и за рубежом давно и всерьез заняты изучением процесса перемешивания на границах разноплотных сред. Под руководством одного из крупнейших специалистов в мире, Е.Е. Мешкова, сотрудниками РФЯЦ - ВНИИЭФ бьши проведены исследования турбулентного перемешивания жидких защитных стенок (ЖЗС) при их ускорении и торможении газом [59]. Были проведены также расчеты в геометрии КВС25 с цилиндрической ЗС; первоначальная геометрия расчета показана на рис. 4.6. В начальный момент времени |
© ООО "Карат-Авто", 2001 – 2024 Разработчик – Евгений Андрианов |