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

е„зл . 4 1о>

[Дж]-!2

4кК 471-18

-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



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

© ООО "Карат-Авто", 2001 – 2018
Разработчик – Евгений Андрианов