СИРОТЫ СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ВЗРЫВНОЙ РЕАКЦИИ ЯДЕРНОЙ ИЛИ ТЕРМОЯДЕРНОЙ Российский патент 2014 года по МПК G21B1/00 

Изобретение относится к энергетике.

Известно решение получения энергии согласно патента Украины 72022 Сироти cпociб здiйснення вибуховоï реакцiï, в тому числi ядерноï або термоядерноï. Сущность этого решения состоит в том, что способ осуществления взрывной реакции, в том числе ядерной или термоядерной, путем периодического подрыва заряда внутри массивного металлического тела, размещенного внутри прочного герметичного корпуса, воспринимающего на себя и в себя созданную от взрыва заряда энергию, которую отводят из корпуса для ее должного использования. В результате подрыва заряда массивное металлическое тело расплавляется. Образовавшийся расплав металла в середине герметичного корпуса периодически выпускают из этого корпуса, освобождая его для следующего цикла взрывной реакции.

Недостатком данного способа является достаточно не простая процедура выпуска расплава из прочного корпуса и соответствующая замена массивного металлического тела.

Этот недостаток устраняется решением, изложенным в патенте Украины 79846 Сироти cnociб здiйснення вибуховоï реакцiï, в тому числi ядерноï або термоядерноï повторяющим патент Украины 72022 с тем отличием, что расплав массивного металлического тела не выпускается из прочного корпуса, где он пребывает, а, по мере охлаждения этого расплава в процессе утилизации заключенной в нем теплоты, в этом расплаве периодически производятся взрывы очередных зарядов взрывчатки.

Это решение принимаем в качестве прототипа предлагаемого изобретения.

Однако в прототипе возникают весьма серьезные негативы, определяемые тем, что осуществлять все необходимые процедуры по размещению очередного заряда внутри расплава металла весьма сложная и небезопасная работа,которая к тому же не исключает возможность отказа взрывного устройства, дополнительно усугубляя всю технологию этого способа.

Устранение этого недостатка определило цель данного изобретения. Кроме того, возникло намерение увеличить энергоемкость предлагаемого способа, сохраняя или, во всяком случае, минимально меняя объем и материалоемкость реактора, в котором этот способ осуществляется.

Технический результат достигается тем, что в способе осуществления ядерной или термоядерной реакции путем подрыва заряда внутри массивного металлического тела, размещенного в прочном корпуса, при этом энергия взрыва превышает энергию теплоты для расплавления металлического тела, а теплота, образующаяся в теле от взрыва, утилизируется через прочный корпус, причем по мере остывания тела взрывы в нем периодически повторяются, согласно изобретению каждый следующий взрыв осуществляется в этом теле после перехода его в твердое состояние. Для увеличения указанной энергоемкости энергия взрыва заряда принимается достаточной для превращения расплава металла в пар.

Сущность изобретения поясняется чертежом, представленным восемью фигурами. На первых четырех фигурах показана последовательность состояния реактора при нагревании массивного металлического тела до состояния его расплава. На вторых четырех фигурах то же самое, но с условием, что массивное металлическое тело нагревается до его состояния в виде пара. Позиции всех элементов предлагаемого способа сохранены одними и теми же. В частности, имеем прочный корпус 1, внутри которого размещено массивное металлическое тело 2, в середине которого имеется заряд 3. Рассмотрим первый вариант работы предлагаемого способа, представленный первыми четырьмя фигурами. На фигуре 1 показано исходное положение, где все готово для осуществления взрыва заряда 3. После взрыва этого заряда происходит расплавление массивного тела 2, превращающегося в расплав металла, что показано на фигуре 2. От корпуса 1 производится отбор теплоты, аккумулированной в расплаве 2, до тех пор, пока этот расплав не превратится в твердое тело требуемой температуры - см. фигуру 3. Требуемой в том смысле, чтобы можно было наиболее удобно и эффективно внутри металлического тела подготовить очередной заряд 3 - см. фигуру 4. Т.е. мы завершили технологический цикл, который начинался с ситуации, представленной на фигуре 1, и эта цикличность будет повторяться в дальнейшем в такой же последовательности.

Второй вариант предлагаемого решения представлен на фигурах 5, 6, 7 и 8. Хотя это в общем то аналогичная последовательность технологических процедур, что и на фигурах 1, 2, 3 и 4. Но все же их следует назвать, чтобы четче выявить отличие. Итак, на фигуре 5 показано исходное положение предлагаемого способа, полностью идентичное положению на фигуре 1. Но вот на фигуре 6, в отличие от фигуры 2, тело 2 после взрыва заряда 3 пребывает не в жидком состоянии, а в парообразном. После отбора от корпуса 1 соответствующей теплоты тело 2 возвращается в твердое состояние, показанное на фигуре 7, которое совершенно идентично состоянию на фигуре 3. Аналогичная идентичность между фигурой 8 и фигурой 4, когда внутрь тела 2 помещен очередной взрывной заряд 3.

Рассмотрим подробнее, что происходит в нашем способе. Для этого оперируем более конкретными факторами, принимающих участие и образующихся в этом решении. В частности, имеем следующие условия.

Тело 2 выполнено из свинца в форме куба объемом один метр кубический, хотя оно может иметь любую иную форму, например цилиндра и др. Имеем свинцовое тело 2 массой 11300 килограмм. Температура плавления 327, температура кипения 1750 градусов Цельсия. Принимаем температуру расплава свинца после взрыва взрывного устройства 3 величиной 1500 градусов Цельсия. Чтобы получить такую температуру расплава, надо расходовать 510300000 калорий теплоты. Это обеспечивает термоядерная реакция синтеза дейтерия массой 2,87 грамма, что соответствует теплотворной способности 17860 килограммов нефти. Таким образом, получаем расплав свинца температурой 1500 градусов Цельсия, который в свою очередь передает тепловую энергию корпусу 1, от которого осуществляется отбор теплоты любым известным технологическим приемом, с дальнейшим использованием этой тепловой энергии для требуемой пользы. Например для получения водного пара, который крутит турбины тепловой электростанции (ТЭС), или для получения горячей воды, используемой для отопления и горячего водоснабжения зданий любого назначения. Понятно, что по мере отбора теплоты через корпус 1 температура этого корпуса и находящегося в нем расплава свинца будут уменьшаться. Если эту температуру понизим до требуемого уровня уже после затвердения свинца, понятно, что интенсивность отбора температуры будет неравномерной, вплоть до прекращения этого отбора. Следовательно, чтобы предлагаемый способ был приемлем для потребителя этой теплоты, необходимо указанную неравномерность отбора теплоты устранить. И сделать это можно, имея требуемое количество таких тепловых реакторов-аккумуляторов, когда при n-м их количестве идет последовательный процесс осуществления предлагаемого способа распределенного на все эти n реакторов-аккумуляторов. Т.е. каждый реактор-аккумулятор в этой последовательности отстает или опережает смежный реактор-аккумулятор на требуемое время в осуществлении предлагаемого способа осуществления взрывной реакции. В итоге получаем равномерное получение тепловой энергии в том темпе, который требуется в каждом конкретном случае, имея в виду потребности ТЭС или потребности теплоснабжения для отопления зданий либо чего иного. К этому следует добавить, что современные средства использования тепловой энергии в сочетании с указанным способом осуществления взрывной реакции позволяют полностью использовать эту энергию, несмотря на снижение температуры свинца до требуемой температуры, например комнатной (20°С). Имеется в виду тщательно и всесторонне отработанная для практического применения технология использования тепловых насосов, которая как раз и обеспечивает полное использование тепловой энергии предлагаемого способа взрывной реакции, после которой расплав свинца снижается до указанного уровня.

Необходимо объяснить, почему именно температура 20°С приемлема в нашем способе.

Потому что при этой температуре наиболее удобно и безопасно осуществлять все необходимые процедуры для перезарядки тела 2 путем установки в нем очередного взрывного устройства 3. При этой температуре максимально комфортно персоналу, выполняющему все необходимые технологические операции. Понятно, что в этом случае процесс должен быть максимально механизирован и автоматизирован, но присутствие человека непосредственно в зоне выполнения этих работ вряд ли можно исключить. Даже если пойти на этот крайний случай, когда все операции будут полностью механизированы, автоматизированы и должным образом роботизированы, работы самой этой сложнейшей техники, насыщенной тончайшими и чувствительными электронными устройствами, обеспечить требуемую надежность этих устройств относительно их восприятия внешних условий (температурных прежде всего) можно при создании такого температурного режима. Что не исключает изменение этого режима в сторону увеличения температуры в разумных и допустимых пределах. Но если вернуться к тому, что (практически) возможность присутствия персонала в этой зоне все же не удастся устранить, учитывая уровень ответственности всего технологического комплекса, осуществляющего перезарядку тела 2 новым взрывным устройством 3, совершенно понятно, что температурный режим 20°С со всех точек зрения, и физиологического прежде всего, является самым приемлемым. К этому следует добавить, что, работая со свинцовым телом 2, мы создаем наиболее благоприятные условия для обеспечения и поддержания требуемого режима в зоне производства работ. Ибо свинец мягкий металл, позволяющий осуществлять все необходимые каналы и полости в теле 2 без повышенных затрат энергии. Следовательно, обеспечивать и сохранять указанный температурный режим значительно проще, чем если бы это был более твердый металл. Хотя в принципе применение вместо свинца другого металла не исключается, однако все это требует соответствующей проработки и исследования с учетом всего многообразия обстоятельств и условий, которые должны быть учтены в решении поставленной задачи.

Что же в итоге получаем в предлагаемом решении в сравнении с его аналогом и прототипом, определившими постановку данной задачи, имеются в виду патенты Украины 72022 и 79846? И каковы возможности реализации этого решения при современном научно-инженерном уровне развития?

Совершенно очевидно, что технологические преимущества решений указанных патентов сохраняются, а отмеченные их негативы полностью устраняются. Относительно преимуществ необходимо сообщить (в описании самих патентов это указано), что решения обоих патентов явились развитием и совершенствованием взрывной дейтериевой энергетики (ВДЭ), разработанной учеными-ядерщиками из г. Снежинок Челябинской области (см. кн. Г.А. Иванов и др. ВЗРЫВНАЯ ДЕЙТЕРИЕВАЯ ЭНЕРГЕТИКА, Снежинск: Изд-во РФЯЦ-ВНИИТФ, 2004). Главная суть этого развития и превосходства состоит в том, что в отличие от снежинской технологии, предполагающей устройство так называемых котлов взрывного сжигания (КВС - сооружение высотой более двухсот и диаметром более 100 метров, с толщиной стен более 25 метров, внутри которого с периодичностью порядка получаса производятся термоядерные взрывы мощностью от 10 до 200 килотонн в тротиловом эквиваленте), так вот патенты 72022 и 79846 низводят эту устрашающую гигантоманию до безопасного уровня, идентичного параметрам этих факторов в обычных тепловых электростанциях. Не говоря уже о том, что ликвидируется множество негативов, присущих АЭС, в части радиационной безопасности. Что же касается позитивов предлагаемого решения в сравнении с указанными патентами, то они выплывают из уже вышесказанногопри постановке цели данного изобретения. В частности, устраняется необходимость периодического выпуска из прочного корпуса расплава свинца, что присуще решению патента 72022. Вместе с тем, ликвидируется необходимость работы при повышенной температуре в процессе перезарядки взрывных устройств, которую необходимо осуществлять в решении патента 79846.

Таким образом, указанный комплекс позитивов данного изобретения позволяет утверждать, что создано решение, позволяющее обеспечивать цели, над достижением которых более шестидесяти лет бьются ведущие физические научно-инженерные коллективы всего мира, безуспешно пытающиеся решить проблему управляемого термоядерного синтеза. Повторимся, мы эту проблемы решаем, развивая и совершенствуя технологию взрывной дейтериевой энергетики, разработанной и исследованной ведущим ядерным центром СССР (ныне России). Поэтому, практически все проблемы и задачи, которые необходимо осилить в нашем изобретении при осуществлении его проработки и исследования в процессе внедрения в жизнь, так вот необходимая научно-инженерная база для этого уже в сущности создана. Хотя, как в любом новом деле, естественно возникают и новые задачи и проблемы, о которых скажем ниже и которые требуют дополнительной специальной разработки и исследования. Сказанное позволяет утверждать, что в предлагаемом изобретении обеспечение должной надежности и долговременности прочного корпуса 1 (как минимум) не уступает Снежинскому КВС, предусмотренному на 50 лет работы. Не затрагиваем также вопрос материалов, применяемых для изготовления корпуса 1, ибо это тема рабочего проектирования, но в любом случае можем утверждать, что все необходимые задачи этого проектирования решены не только в ядерном центре в Снежинске, но и значительно ранее во множестве осуществленных проектов металлургии, где температурные и все прочие технологические параметры не уступают предлагаемому изобретению. Хотя естественно, определенная специфика в нашем решении имеется, что и требует специальной разработки и исследований, о чем выше было замечено.

При этом обязаны заметить особо, что, не уступая Снежинскому КВС в надежности и длительности работоспособности, наше решение обладает важнейшим преимуществом. В том смысле, что Снежинский КВС, после отработки своего срока эксплуатации, подвергается захоронению навсегда, со всеми вытекающими последствиями, которые, так или иначе, материализуются множеством как экологических, так и социально-материальных потерь, оценить которые никто даже не пытался,но которые (совершенно очевидно, и сказано на этот счет достаточно) будут весьма значительными. Поэтому не случайно затронули социальную сторону дела, ибо Снежинский проект в этом смысле остается на уровне существующих АЭС, закрытие которых при исчерпании срока эксплуатации (а это время неумолимо приближается во всем мире) является тяжелым ударом по данной отрасли, где трудятся высококвалифицированные ученые и специалисты. Не говоря о том, что сами объекты этого рода становятся многочисленными гигантскими памятниками человеческой неразумности.

Наше изобретение устраняет этот (во всех смыслах разорительный и даже уничтожительный) фактор, имея в виду, что похороненная Снежинская электростанция, так же как и похороненная АЭС, это запрещенная для жизни территория Земли, вычеркнутая на многие тысячелетия. Так вот, в нашем решении ничего этого не происходит, ибо из вышеуказанного n-го количества предлагаемых реакторов-теплоаккумуляторов на теплоэлектростанции каждый такой реактор-теплоаккумулятор (в соответствующей последовательности) после исчерпания срока своей эксплуатации демонтируется с заменой его новым реактором данного типа. Не происходит, ибо аналогично Снежинскому проекту мы ориентируемся на термоядерный синтез, на принципе которого работает взрывное устройство 3. Но в Снежинском решении термоядерный синтез осуществляется с инициацией его ядерным взрывным устройством, в результате чего Снежинская электростанция подобно АЭС и становится захороненным вечным памятником. В нашем же решении максимум негатива остается на уровне предполагаемых токамаков, разработчики которых доказывают, что время, так сказать, «выветривания» последствий радиации, вызванной нейтронным облучением, вполне приемлемо, чтобы не хоронить производственную площадку, на которой размещен токамак. Так что повторимся, естественно, некоторый негатив остается, связанный с временем «выветривания» остатков радиации, но это ничто в сравнении с последствиями вывода навечно площадок АЭС или Снежинской ТЭС.

Можем ли мы сегодня уповать на чистый термоядерный синтез? И почему на этот счет (применительно к КВС) не имеется информации у физиков ведущего ядерного центра России в Снежинске?

Начнем со второго вопроса. Физики из ядерного центра в Снежинске идею взрывной дейтериевой энергетики базируют на применении термоядерных взрывов мощностью, измеряемой десятками и даже сотнями килотонн в тротиловом эквиваленте. Инициация таких взрывов также требует взрывных устройств мощностью, измеряемой килотоннами в тротиловом эквиваленте. Поэтому даже если появятся чистые термоядерные взрывы, мощность которых измеряется тоннами, десятками тонн или сотнями тонн в тротиловом эквиваленте, этот «мизер» совершенно не интересует разработчиков Снежинского КВС. Не интересует даже для выполнения функции инициирования взрыва главного взрывного устройства в КВС. Хотя отсутствие информации на этот счет не доказывает, что в Снежинском ядерном центре не ведутся соответствующие разработки и исследования данной проблемы. Тем более что имеется множество свидетельств прямых и косвенных, извещающих, что разработка чистых термоядерных взрывных устройств, и прежде всего мини-зарядов, так вот такие разработки и исследования ведутся всеми ведущими лабораториями мира - прежде всего применительно к военной тематике. Чтобы осознать насколько все это серьезно, необходимо заметить, что поиск ведется прежде всего в отношении обеспечения возможности термоядерного синтеза без применения инициирующего ядерного взрывного устройства. Главное предпочтение отдается разработке компактных сверхмощных импульсных источников электромагнитной энергии либо разработке накопителей электрической энергии, достаточной для «поджога» взрывного термоядерного синтеза. Причем поиски в этом направлении ведутся уже достаточно давно. В качестве иллюстрации и разъяснения сути дела сошлемся на следующую информацию. Вот данные из статьи в Интернете ЭЛЕКТРОВЗРЫВ "НАОБОРОТ", В. Фефелов, КРАСНОЕ ЗНАМЯ 13 февраля 1981.

Немного о сути изучаемого в отделе высоких плотностей энергий явления. Если через тонкую цилиндрическую оболочку, которую показал мне в начале разговора Лучинский, пропустить мощный электрический ток, то она мгновенно взорвется. Но взорвется как бы наоборот: огромное магнитное поле, образующееся при пропускании тока, так сильно сдавит превратившуюся в плазму оболочку, что она со скоростью в сотни километров в секунду устремится к оси цилиндра. При достаточно большой силе тока давление внутри "схлопнувшейся" оболочки может достигнуть миллиардов атмосфер, а температура - десятков миллионов градусов. В этих условиях в смеси тяжелых изотопов водорода начнется термоядерная реакция и произойдет микроскопический термоядерный взрыв. Ученых, конечно, интересует случай, когда выделяющаяся при взрыве энергия превосходит затраченную на "поджигание" реакции. Только при таком условии может идти речь о практическом использовании этого процесса в энергетике.

Прошло более 30 лет. Закончились ли эти исследования должным результатом, мы не знаем ввиду отсутствия информации. Но смеем предполагать, что тема эта в России не закрыта, ибо, как уже было отмечено, поиски и исследования в главных научно-исследовательских центрах мира ведутся интенсивно, и прежде всего в военной сфере. В результате в Интернете появляются сообщения такого рода. В общем, миллиарды долларов, затрачиваемые самой передовой в технологическом отношении страной на деятельность ядерных оружейных лабораторий, не исключено, рано или поздно приведут к появлению четвертого поколения ЯО - чисто термоядерного. Многие эксперты полагают, что есть определенная степень вероятности появления чисто термоядерного оружия раньше, чем будет освоено промышленное использование термоядерной энергии на экономически приемлемом уровне. История может повториться, как это было с атомным оружием - сначала бомба, а потом энергетика.

Но не только военные исследования следует иметь в виду.

Вот появляется информация буквально наших дней «Сделан важный шаг на пути к управляемому термоядерному синтезу» 19-09-2012, 23:22, сообщающая: Ученые из Национальной ядерной лаборатории Сандия в США (Sandia National Laboratories) сделали один из трех важных шагов на пути получения энергии при помощи управляемого термоядерного синтеза. Это исследование в сущности выполняется в той принципиальной постановке, что поведано выше о советском электровзрыве «наоборот». Американцы сообщают, что проделанная работа не просто обнадеживает, а позволяет с определенной уверенностью завершить решение этой проблемы к концу 2013 года. Если это произойдет, результат предполагается уникальный - выход энергии может в тысячу раз превышать ту, что была затрачена изначально. А это говорит уже не просто о достижении положительного энергетического баланса, но и о коммерческом использовании технологии.

Так что мы получаем ответ на вышепоставленный вопрос - можем ли мы сегодня уповать на чистый термоядерный синтез?

Уповать, это значит не просто надеяться, но в сущности и гарантировать возможность осуществлять чистый термоядерный синтез в нашем способе получения тепловой энергии. Изложенная ситуация позволяет гарантировать требуемую возможность осуществления чистого термоядерного взрывного устройства, ибо самые мощные и серьезные научно-инженерные силы задействованы в решении этой проблемы, которой уже посвящены несколько десятилетий и актуальность требуемых результатов которой постоянно возрастает.

Причем в решении этой проблемы задействована не только технология интенсификации электромагнитного импульса, но и ускорители разных типов, где особенно актуальны компактные, малогабаритные. Вот например, что сообщает журнал НАУКА И ЖИЗНЬ №1, 2000. ЭНЕРГИЯ ИЗ УСКОРИТЕЛЕЙ, к.т.н. Л. Жиляков, Институт высоких температур РАН, характеризуя схему установки для термоядерного синтеза в коллайдере.

Коллайдер представляет собой пару ускорителей, разгоняющих пучки ионов навстречу друг другу. При столкновении пучков происходит реакция с появлением новых частиц и выделением энергии. Если в ускорителях разогнать ионы дейтерия (D) и трития (Т), то при их взаимодействии пойдет реакция синтеза с образованием а-частиц - ядер гелия-4 (4Не), нейтронов (n) и энергии: D+Т®4Не+n+17,6 МэВ на один акт взаимодействия. Выделяющееся в камере коллайдера тепло можно использовать традиционным способом - для испарения рабочего тела (например, воды) с получением пара высокого давления.

Важнейшее отличие метода встречных пучков от магнитного удержания в том, что размер ускорителя не играет принципиальной роли для достижения условий синтеза. Минимальный размер экспериментальной установки будет определяться только размерами источника ионов с требуемой энергией. А они невелики: источник ионов на несколько сот килоэлектронволът, применяемый в промышленности (например, для ионной имплантации полупроводников), занимает площадь не более 10 м² и стоит несколько тысяч долларов. В «нулевом» эксперименте по ядерному синтезу размеры коллайдера (объема, где сталкиваются пучки) могут быть очень малы. Например, при его длине 2 см и диаметре 0,4 см ожидается выделение 25 Вт тепла, то есть удельная мощность установки оказывается 108 Вт/м³ (примерно как у двигателя внутреннего сгорания). Достижение таких параметров и будет означать физическое решение проблемы управляемого термоядерного синтеза. Получение требуемых мощностей - вопрос уже чисто технический. Рабочий объем реактора, скажем, может содержать необходимое количество коллайдеров - «термоядерных ТВЭЛов», тепловыделяющих элементов.

Подобные предложения неоднократно высказывались в научной литературе, однако до исследований, к сожалению, дело так и не дошло. Между тем они предполагают простую экспериментальную проверку, причем на небольшом и недорогом лабораторном стенде. Многие физико-технические проблемы такого эксперимента уже решены. Оценки показывают, что затраты на проведение работ будут в 10-20 тысяч раз меньше, чем на любые другие исследования в этой области. А в случае удачи открывается возможность несравненно более простого решения проблемы управляемого термоядерного синтеза, чем это обещают все те направления, которые разрабатываются в настоящее время.

Прошло тринадцать лет. Использованы ли результаты этих теоретических исследований в практической постановке - создания компактных малогабаритных ускорителей?

Ничего не известно на этот счет ни из отечественных источников информации, ни из зарубежных. Хотя тема ничуть не теряет своей актуальности. Ибо буквально в наши дни Интернет сообщает:

2012-06-15 «Настольный» ускоритель частиц презентовали российские физики Москва, Февраль 17 (Новый Регион, Роман Сирховский) - Ученые из Физического института имени Лебедева РАН (ФИАН) порадовали мировое научное сообщество новым открытием. Им удалось разработать метод ускорения ионов и электронов до высоких энергий с помощью сверхкоротких лазерных импульсов. Благодаря новому методу ускорения частиц в некоторых случаях можно обойтись без гигантских электромагнитных ускорителей, сообщает пресс-служба института ФИАН. Возможности использования лазера для получения ускоренных пучков заряженных частиц группа ученых под руководством Валерия Быченкова начала изучать в начале 21 века. Тогда сотрудникам ФИАН удалось выяснить, что сверхкороткий лазерный импульс, направленный в твердую мишень, «выбивает» из нее ионы и электроны, разогнанные до околосветовых скоростей. При таком ускорении энергия частиц достигает десятков мегаэлектронвольт на нуклон. Полученные пучки частиц могут быть использованы в качестве инициаторов термоядерной реакции в установках инерциального управляемого термоядерного синтеза. Эксперименты русских ученых показали, что электроны могут ускоряться до энергий 1,5 гигаэлектронвольта на расстоянии всего лишь около сантиметра. При этом современные фемтосекундные лазерные установки достаточно компактны. Их можно запросто смонтировать на лабораторном столе.

Все вышесказанное об исследованиях физиков-ядерщиков позволяет утверждать, что предлагаемое изобретение, предусматривающее прежде всего осуществление чистого термоядерного синтеза в предлагаемой постановке, вполне обеспечено достаточными научно-инженерными возможностями, что, как известно, является одним из необходимых атрибутов признания решения изобретением. Более того, наше изобретение открывает наиболее целесообразную возможность и путь внедрения в энергетику указанных научно-инженерных наработок физиков-ядерщиков. Ибо, как уже отмечалось, гигантомания Снежинских КВС никоим образом не согласуется с этими разработками. А если и согласуется (хотя нам неизвестно отношение физиков Снежинского ядерного центра к таким разработкам), то немедленно возникает естественный вопрос - какова вообще надобность в этих КВС? И ответ на этот вопрос замыкается на необходимости использования нашего изобретения, устраняющего все мыслимые негативы известных КВС (достаточно полно освещенные в разных источниках информации) и превращающего наконец-то более чем шестидесятилетние поиски управляемого термоядерного синтеза в реальную возможность осуществления этого теоретического замысла в энергетике. Поэтому принятые нами аналог и прототип (патенты Украины 72022 и 79846) явились основой достижения этой вожделенной цели, а данное изобретение доводит его до совершенства, с которым (во всех смыслах позитивности) не может соперничать ни один из иных способов решения задачи управляемого термоядерного синтеза.

К этому необходимо добавить следующее.

Наработанная научно-инженерная база компактных устройств для осуществления термоядерного синтеза не имеет реального значения в энергетике (военную сферу не трогаем) по одной важнейшей причине. Переход от температуры в десятки, и даже более сотни миллионов градусов, это (кроме всего остального множества проблем известных способов управляемого термоядерного синтеза) одна из сложнейших и важнейших проблем, не имеющей до сих пор надежного и эффективного решения. В нашем же технологическом подходе этот камень преткновения устраняется самым целесообразным способом, ликвидирующим по сути дела саму проблему, так, как это делает Природа. Солнце является ближайшей иллюстрацией этого естественного решения, где термоядерный объект миллиарды лет остается в целости, хотя его ядро имеет температуру полтора десятка миллионов градусов, а поверхность менее шести тысяч градусов Цельсия. И, как видим, наше изобретение является очередным доказательством того, что искусственные попытки превзойти Природу очень сомнительное и ненадежное дело. Наш же способ, не нарушая этот фундаментальный принцип Природы, позволяет в Земных условиях реализовать его максимально эффективно, обеспечивая наиболее целесообразное использование научно-инженерной базы, наработанной физиками-ядерщиками.

Однако продолжим рассмотрение предлагаемого решения, развитие и увеличение эффективности которого фиксируют фигуры 5, 6, 7 и 8. Фигура 5 повторяет фигуру 1 в предыдущем анализе сущности изобретения, т.е., здесь показана та же самая исходная ситуация, где в прочном корпусе 1 размещено массивное металлическое тело 2 со взрывным устройством 2 внутри него. Технология сохранена за исключением того, что мощность взрывного устройства 3 такова, что она позволяет не только расплавить тело 2 и нагреть его, но и превратить его в пар. Что это дает?

Понятно, что, сохраняя объем металлического тела 2, мы должны увеличить прочность корпуса 1. Все эти требования поддаются должному расчету и конструктивному осуществлению, поэтому нет надобности уделять этому специальное внимание. Но что мы обязаны показать, так это, ради чего все это необходимо делать. Чтобы ответить на этот вопрос сообщаем, что теплота плавления свинца 4,77 кДж/моль, а теплота его испарения 177,8 кДж/моль. А это значит, что в один и тот же свинцовый метр кубический, который был представлен на фигуре 1 и такой же принят на фигуре 5, так вот при испарении этого металлического тела 2 можно закачать тепловой энергии в самом грубом приближении почти в 30 раз больше. Естественно, для этого надо обеспечить требуемую надежность корпуса 1 как в отношении прочностном, так и температурном. Но повторимся, обеспечение этого требования современным научно-инженерным уровнем знаний и технологий гарантируется. В итоге получаем возможность на несколько увеличенной производственной площади создавать теплоаккумулятор емкостью в тридцать раз больше. Все остальное в технологическом смысле остается аналогичным предыдущему варианту. Т.е. по мере отбора через корпус 1 аккумулированной в нем теплоты свинцовый пар переходит в состояние расплава и затем становится твердым телом, что зафиксировано на фигуре 7, полностью аналогичной фигуре 3. Затем соответствующими процедурами реактор приобретает исходное состояние, показанное на фигуре 8, полностью аналогичной фигуре 1, после чего осуществляется очередной цикл предлагаемого способа.

Нет надобности доказывать уровень позитивности изложенного фактора, что к тому же создает еще больший контраст между концентрацией гигантомании Снежинского КВС и нашим изобретением. Да и в сравнении со всеми остальными решениями управляемого термояда этот фактор является многократно эффективнее во всех смыслах. Ибо всегда в энергетике в целом, и тепловой в частности, прогресс характеризовался прежде всего компактностью применяемого устройства. В этом смысле наше решение применительно к термоядерному синтезу не имеет конкурентов. Причем необходимо отметить, что вышеуказанная грубая приближенность оценки увеличения объема аккумуляции теплоты проистекает из предпосылки неизменного давления при принятии уровня теплоемкости, как теплоемкости плавления свинца, так и теплоемкости его испарения. Но в реальности (при осуществлении предлагаемого способа) совершенно иная ситуация, где с увеличением температуры увеличивается давление свинцового пара, увеличивается и его теплоемкость. Это известный фактор в теплотехнике. Но может ли современный уровень знаний осуществить численный анализ этого фактора, т.е. произвести расчет того, что нас интересует, а именно - какова будет температура и давление свинцового пара при испарении расплава свинца. Прецедента подобного рода ни в теории, ни на практике не было. Но мы утверждаем, что без соответствующего эксперимента на эти вопросы нельзя ответить. Единственно, что мы можем утверждать, что известный принцип увеличения теплоемкости свинцового пара (при парообразовании в закрытом объеме) будет значительно выше, чем показано при грубой прикидке. А вот каково это превышение, повторимся, без соответствующего эксперимента ответить нельзя. Чтобы обосновать это утверждение, необходимо привести следующий пример.

Ядро Земли гораздо жарче, чем предполагалось

26.04.2013 15:59 Дмитрий Шевляков, Peпopтep UA

VK0OK!0 0

Внутри Земли почти на 1000 градусов жарче, чем предполагалось ранее. Температура около центра Земли достигает примерно 6000 градусов Цельсия, сообщают французские физики. Ядро Земли состоит в основном из толстого слоя железа, которое является жидким, как вода в океанах, однако имеет температуру более 4000 градусов. Внутри ядра температура и давление еще выше, так что железо становится твердым. Толщину слоев и давление можно определить при помощи более старых анализов сейсмических волн, вызванных землетрясениями. Однако температуру так определить невозможно.

Это очень трудоемкий процесс - определять температуру плавления железа при разном давлении в лабораториях, поскольку материал при таких высоких температурах, среди прочего, должен быть хорошо изолирован.

С более старыми технологиями было тяжело определить состояние железа за короткое время анализа.

В настоящее время употребляются рентгеновские лучи. Благодаря им за менее чем секунду можно определить, при каком давлении железо будет жидким, твердым или в переходном состоянии.

Из нового эксперимента стало ясно, что железо плавится при температуре примерно 4800 градусов и давлении 2,2 миллиона атмосфер.

При помощи таких измерений исследователи высчитали температуру при давлении 3,3 миллиона атмосфер, которая существует на границе твердого внутреннего и жидкого внешнего ядра. Она составляет примерно 6000 градусов. Погрешность анализа - плюс-минус 500 градусов, сообщает Berliner Morgenpost.

Как видим, теория даже самого высокого уровня далеко не всесильна - особо в делах, которые не проходили экспериментальной проверки ни до разработки теории, ни после ее разработки. Именно наш случай подпадает под эту ситуацию. Поэтому соответствующие экспериментальные исследования совершенно необходимы.

При этом особо отметим следующее.

Как было сказано, максимальная позитивность нашего решения определяется целесообразностью использования чистого термоядерного синтеза. В этом смысле некоторое подобие может создавать ТОКАМАК, если, в конце концов, это направление выйдет на уровень практической целесообразности в энергетике. Но даже при чистом термоядерном синтезе проблема радиационной опасности не устраняется полностью, ибо нейтронное облучение реактора создает наведенную радиацию, требующую определенных потерь времени на «выветривание» ее из оборудования. Так вот, в нашем решении этот негатив можно уменьшить весьма значительно. Ибо главным объектом нейтронного облучения становится свинцовое металлическое тело 2, в результате чего облучение корпуса 1 происходит в меньшей мере, чем если бы на пути нейтронного потока не было этого тела 2. Именно такая неблагоприятная ситуация имеет место в токамаках и других устройствах термоядерного синтеза. А в нашем решении, чтобы этот благоприятный фактор еще более усилить, можно периодически свинцовое тело 2, насыщенное воздействием нейтронов, выпускать из корпуса 1, заменяя его чистым свинцом. А выпущенный свинец с наведенной нейтронами радиацией отправлять на соответствующие площадки для регламентного естественного освобождения от этой радиации.

В общем итоге, предлагаемое изобретение решает задачу управляемого термоядерного синтеза, которая более 60 лет не поддается решению в любых иных известных подходах. А если вроде бы решается в взрывной дейтериевой энергетике (ВДЭ), представляемой Снежинскими КВС, так это решение в силу множества факторов априори неприемлемо. Мы же, сохраняя здоровое зерно Снежинской ВДЭ, ликвидируем все ее устрашающие негативы, превращая ВДЭ в то, к чему передовая и наиболее осведомленная, подготовленная и оснащенная во всех смыслах научно-инженерного потенциала наука стремится с конца сороковых готов прошлого столетия. Все, что требуется для осуществления предлагаемого изобретения, имеется в необходимом и достаточном виде. Что, однако, не исключает, а наоборот, требует проведения специальных исследований, цель которых не проверка или подтверждение правомерности научно-инженерной основы изобретения, а в рамках комплексного технико-экономического обоснования, обязанного осуществить практическую реализацию этого изобретения наиболее эффективным образом, понимая под этим оптимальное решение поставленной задачи. Сколько вариантов проработки предлагаемого изобретения в этих исследованиях, определять можно только в процессе подготовки, проектировании и осуществления этого процесса. Но понятно, чточем больше вариантов будет, тем лучше для определения искомого оптимума предлагаемой технологии, который к тому же будет зависеть от множества конкретных условий осуществления этой технологии.

Чтобы осознать и ощутить потенциал предлагаемого изобретения, необходимо отметить следующее.

Выше было сказано, предлагаемая технология термоядерного синтеза является сочетанием определенной периодичности импульсного осуществления взрывов, с обеспечением требуемого постоянства получения тепловой энергии за счет принятия n-го количества реакторов-теплоаккумуляторов. В этой связи понятно, что компактность и теплоемкость таких реакторов приобретают первостепенное значение. Мы также уже отмечали, что предлагаемое решение позволяет этот параметр обеспечить вне конкурентным любому известному решению. Чтобы ощутить смысл данного утверждения, достаточно проиллюстрировать его численным анализом представленного на приведенных чертежах тела 2, размер которого принят равным метру кубического свинца. Так вот, если осуществить испарение это кубометра свинца, весьма предварительная методом экстраполяции оценка сводится к тому, что в этом кубометре свинца можно аккумулировать количество тепловой энергии эквивалентной энергии, получаемой (как минимум) при сжигании тысячи тонн нефти. Экспериментальные исследования, о необходимости которых сказано выше, покажут, на сколько этот параметр будет превышен. Но даже если мы останемся на этом предварительном минимуме, несложно показать, сколь уникально мощный и уникально компактный этот источник энергии, аккумулирующий в себя энергию термоядерного синтеза. Ничего сколько-нибудь подобного не имеется ни в одном из известных способов осуществления управляемого термоядерного синтеза, что позволяет утверждать, если бы даже эти известные способы добрались до практического осуществления, они бы проигрывали предлагаемому изобретению по всем факторам, определяющим целесообразность и эффективность энергетики. Не говоря уже о безопасности и экологическом факторе, обеспечиваемых предлагаемым способом так, как известные способы не позволяют обеспечить даже в малой степени, ибо ни в одном из них нет промежуточной мощной защиты корпуса реактора от нейтронного облучения.

В заключение еще несколько соображений, чтобы предварить возможные вопросы.

В предлагаемом решении, развивающем и совершенствующем приведенный аналог и прототип, зафиксированные патентами Украины 72022 и 79846, мы сохраняем условия устройства как корпуса 1, так и тела 2. Имеется в виду форма внутреннего пространства корпуса 1 и соответственно тела 2 могут иметь разные варианты. Т.е. не только форму параллелепипеда (как представлено на чертеже), но и другие: цилиндр, шар и пр. Все это вопросы предстоящего исследования.

Нельзя не сказать о проблеме взрывного устройства и способов их взрывания. Выше отмечено, что мы прежде всего ориентируемся на вариант чистого термоядерного синтеза, в котором применяется либо дейтерий, либо смесь дейтерия с тритием, либо столкновение ядер того и другого в соответствующем коллайдере. Не исключаются и другие способы, в том числе разрабатываем собственный способ чистого термоядерного взрывного устройства, на который будет оформляться отдельная заявка на изобретение. Технологии этого типа весьма интенсивно исследуются, развиваются и совершенствуются, что позволяет обоснованно предполагать их скорейшее внедрение в практику, которая для нашего изобретения становится наиболее приемлемой и целесообразной. Вместе с тем, в самом названии нашего решения сказано не только о термоядерном синтезе, но и ядерной взрывной реакции. Оставляем такой вариант как возможный, но с условием, что ядерная реакция будет выполнять в крайнем случае инициирующую функцию для запуска термоядерного синтеза. Исследования в этом направлении также ведутся при поиске и разработке мини- ядерных и термоядерных процессов. Даже если в нашем изобретении и останется необходимость в ряде случаев ориентироваться на ядерные взрывные устройства, мы не только не выходим за рамки существующих технологий с точки зрения радиации, но и низводим эти негативы до минимума - именно вследствие наличия в нашем реакторе защиты его корпуса от этих опасностей. Тем более что расплав тела 2 можно периодически удалять из реактора, заменяя его чистым свинцом. Однако эта тема также должна быть должным образом исследована, чтобы эффективность изобретения была максимальной при минимуме негативов, связанных с радиацией.

Но особое внимание необходимо обратить на следующее.

Последние десятилетия ознаменовались научно-инженерным прорывом в осуществлении термоядерных процессов. В частности, речь идет о сооружении и вводе в действие мощных адронных коллайдеров, в том числе и прежде всего - Большого Адронного Коллайдера (БАК) в ЦЕРНе. На этом гигантском сооружении физики, продолжая и совершенствуя исследования на предыдущих коллайдерах, создают пучки материи с трудно вообразимой температурой в 10 триллионов градусов по Цельсию. Для этого разгоняют ядра свинца почти до световой скорости и сталкивают их, получая принципиально новое состояние материи, именуемой кварк-глюонной плазмой. В фундаментальном научном смысле это буквально переворот во всей современной квантовой физике, требующий по-новому взглянуть на самые основы нашего материального мира. Одновременно это практическое подтверждение возможности создания новых типов термоядерных реакторов, в которых можно получать энергию более эффективно, чем в реакторах термоядерного синтеза. Фактически речь идет о создании Кварк-Глюонного (Хромо) Плазменного Реактора (для удобства-КГПР или ХПР). Именно то, что утверждает В.С. Окунев - Одна из основных задач при проектировании ядерных реакторов и установок - разработка энергетических установок будущего требует исследования физических процессов и объектов, являющихся предметом изучения ядерной физики, главным образом, ядерной физики низких энергий. Однако понимание этих процессов и способов получения энергии в будущем невозможно без изучения более фундаментальных вопросов, связанных со структурой материи, основными видами взаимодействий, особенно сильного, слабого и электромагнитного. Более того, одна из задач современной физики - поиск принципиально новых способов получения энергии и новых видов энергоисточников уже не на ядерном, а на кварк-глюонном и адронном уровнях (см. Основы прикладной ядерной физики и введение в физику ядерных реакторов: учеб. пособие / В.С. Окунев; под ред. В.И. Солонина. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010).

Но понимая эту перспективу, ученые и специалисты осознают сложность предстоящих проблем при создании реакторов подобного рода. Ибо результаты (как теоретических, так и экспериментальных) исследований термоядерных реакторов типа токамак пока свидетельствуют о практической невозможности обеспечить надежную и безопасную передачу тепловой энергии от материи в виде высокотемпературной плазмы к конструктивным элементам устройства, воспринимающим эту энергию. Нет ни должных материалов, ни требуемых технологий для передачи энергии от плазмы к указанным конструктивным элементам токамака, обязанным эту энергию получать для утилизации ее традиционным способом на следующих технологических этапах выработки электроэнергии на ТЭС. Речь идет о температурном уровне плазмы в реакторе порядка сотен миллионов градусов, и задача остается нерешенной. Не говоря о воздействии на конструкцию реактора нейтронного и иных видов излучений. Инициаторы ИТЕР лелеют надежду позитивного решения данной проблемы. Не будем рассуждать о правомерности этого ожидания, хотя имеется достаточно скептических утверждений на этот счет людей, весьма знающих сей предмет.

Но что мы обязаны сделать, так заявить о том, что нынешние конструктивные и технологические сложности в токамаках - это крупный пустяк, в сравнении с тем, с чем придется иметь дело при разработке реактора на кварк-глюонной плазме, температура которой превышает температуру плазмы в токамаках в 70000 раз!!!

Здесь мы подошли в важнейшему фактору нашего изобретения, частично выше уже затронутого. Хотя в сущности, и эта частичность ставит крест на токамаках, как абсолютно тупикового направления в освоении термоядерного синтеза. Но этот крест становится еще более мощным, если оценивать перспективу создания реакторов на кварк-глюонной плазме. Более того, смеем утверждать, что, забывая о токамаках, термоядерная энергетика получает абсолютно внеконкурентную возможность освоения кварк-глюонной плазмы не в непонятной мутной перспективе, а уже практически сегодня. Под СЕГОДНЯ следует понимать проведение необходимых и достаточных разработок и исследований для этого. Причем ожидаемая беспрецедентная позитивность все этих разработок и исследований базируется не на каких-то искусственных выдумках и попытках перещеголять Природу, а на гениальности самой Природы, о чем также было кратко замечено. Но эта краткость впитывает в себя всю мощь Природы, которая (как иногда вспоминают) ведет себя честно с исследователями, ничего не скрывая и предполагая лишь, что сами исследователи будут правильно воспринимать реальность в Природе. А реальность такова, наука утверждает - В естественных условиях кварк-глюонная плазма существовала, по-видимому, только в первые 10^-5 с после космологии взрыва. Не исключено, что она существует и в центре наиболее массивных нейтронных звезд. Имеются теоретические предпосылки того, что при еще большем увеличении плотности возможно перерождение нейтронных звезд в кварковые (см. Википедия Нейтронная звезда). Следовательно, применительно к нашей задаче имеются все основания утверждать следующее.

В предлагаемом способе осуществления термоядерной реакции, взрывным зарядом 3 являются сталкиваемые ядра свинца, превращаемые в кварк-глюонную плазму с температурой в несколько триллионов градусов. Энергия, заключенная в этой плазме, передается металлическому телу 2 с осуществлением всех выше рассмотренных процессов предлагаемого способа. При этом можно утверждать либо (как минимум) предполагать некоторые особенности работы кварк-глюонного реактора.

Наукой должной постановки задачи подобного рода, и тем более ее решения, еще не было, кроме общих утверждений типа того, что упомянуто из книги В.С.Окунева. Но и этого достаточно, чтобы (да еще с учетом проведенных исследований в ЦЕРНе) быть уверенным, что через кварк-глюонную плазму человечество подходит к качественно и количественно многократно более мощному источнику энергии, чем ядерная и традиционная термоядерная энергия. Более того, если опять же учитывать исследования в ЦЕРНЕ и в других исследовательских центрах, кварк-глюонная плазма полностью свободна от всех видов радиации, что переоценить вряд ли возможно. Однако понятно, что (в желаемом абсолюте) использование кварк-глюонной плазмы является задачей несколько отодвинутой перспективы, чем более простые и доступные уже сегодня варианты использование этого источника энергии в качестве эффективнейшего запала для термоядерного горючего -дейтерия. Имеется в виду, что, высокотемпературный импульс в триллионы градусов позволит создавать оптимальные для конкретной потребности заряды 3, полностью изготовленные из дейтерия, должным образом конструктивно оформленного в самостоятельное взрывное устройство, инициируемое кварк-глюонной плазмой. Очевидно также, исходя из температурных и энергетических характеристик этого запала, он будет чрезвычайно компактным и результативным. Понятно также, что работа с дейтерием обеспечит в реакторе фактор радиоактивности (как уже было отмечено), совершенно мизерный не только в сравнении с ядерными реакторами, но и с традиционными решениями токамаков.

В заключение несколько слов об ускорителе типа коллайдеров, обеспечивающих образование кварк-глюонной плазмы.

Вполне очевидно, что такого рода сооружение вряд ли удастся создавать в миниатюре, хотя только реальная работа в этом направлении даст окончательный ответ. Но, если все же исходить из нынешних реалий и ближайшей обозримой перспективы, следует ориентироваться на грандиозность таких ускорителей. Поэтому, исключительно актуальной является задача поиска решений, позволяющих сооружать их менее материалоемкими, либо существенно повышать их эффективность при сохранении геометрических и материальных характеристиках. Мы над этим работаем, чтобы устранить полностью, либо свести к минимуму факторы, которые могут препятствовать возникновению принципиально новой термоядерной энергетики.

Изобретение относится к области энергетики. В заявленном способе предусмотрено осуществление ядерной или термоядерной реакции путем подрыва заряда внутри массивного металлического тела, размещенного в прочном корпусе, при этом энергия взрыва превышает энергию теплоты для расплавления металлического тела, а теплота, образующаяся в теле от взрыва, утилизируется через прочный корпус. При этом по мере остывания тела взрывы в нем периодически повторяются, и каждый следующий взрыв осуществляется в этом теле после перехода его в твердое состояние. Энергия взрыва заряда может быть достаточна для превращения расплава тела в пар. Техническим результатом является возможность оптимизации габаритов используемого устройства. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ осуществления ядерной или термоядерной реакции путем подрыва заряда внутри массивного металлического тела, размещенного в прочном корпусе, при этом энергия взрыва превышает энергию теплоты для расплавления металлического тела, а теплота, образующаяся в теле от взрыва, утилизируется через прочный корпус, причем по мере остывания тела взрывы в нем периодически повторяются, отличающийся тем, что каждый следующий взрыв осуществляется в этом теле после перехода его в твердое состояние.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что энергия взрыва заряда достаточна для превращения расплава тела в пар.