Способ рассеяния тепла от импульсного источника тепла Советский патент 1992 года по МПК H05K7/20 

Изобретение позволяет увеличить эффективность рассеяния тепла от импульсного источника путем использования в качестве поглотителя тепла диссоциирующего раствора газа в монокристалле, при этом объем поглотителя тока выполняется большим, чем обьем зоны нагрева поглотителя тепла. В случае, когда поверхность теплового фронта пучка тепла эквидистантна по отношению к поверхности поглотителя 1 тепла, процесс идет наиболее эффективно. Сущность изобретения заключается в том, что поглотитель 1 помещен в емкость 2, заполненную тем же газом 3, что растворен в монокристалле. Циркулируя по замкнутому контуру, газ 3 отводит от поглотителя 1 образующееся при взаимодействии с пучком тепло. Контролируя температуру циркулирующего газа 3, можно поддерживать установившуюся температуру поглотителя 1 на заданном уровне. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

ОСА /jyvxo

Заявляемое техническое решение относится к теплотехнике и может быть использовано для рассеяния тепла от импульсного источника с большой мощностью тепловыделения.

Известен способ рассеяния тепла от импульсного источника с использованием поглотителя, охлаждаемого в период между импульсами и представляющего собой сплав .v

Недостатком данного способа является низкая эффективность рассеяния тепла.

За прототип взят способ рассеяния тепла от импульсного источника с использованием поглотителя, охлаждаемого в период между импульсами и представляющего собой термически диссоциирующий раствор газа в твердом теле, помещенный в среде своего адсорбата 2.

Недостатком данного способа является низкая эффективность рассеяния тепла.

Целью настоящего изобретения являет- ся увеличение эффективности рассеяния.

Указанная цель достигается тем, что при рассеянии тепла от импульсного источ- ника с использованием поглотителя, представляющего собой термически диссоцииру ощий раствор газа в твердом теле, поглотитель размещают в среде своего адсорбата, обеспечивают взаимодейст- вне импульсного источника тепла с поглотителем с образованием зоны нагрева, а также отвод тепла от поглотителя, а в качестве твердого тела используют монокристалл, причем объем поглотителя выби- рают из условия

,

где Vn - обьем поглотителя;

V3 - объем зоны нагрева.

Наиболее эффективно процесс рассеяния идет, когда поверхность поглотителя выполняют из условия эквидистантности по отношению к предполагаемой поверхности теплового фронта.

Использование в качестве твердого тела монокристалла позволяет упорядочить направления передачи тепла в т н. протонном газе и тем самым увеличить эффектна- ность рассеяния тепла.

Заявляемое устройство соответствует критерию существенные отличия, т.к в известной литературе тличительные признаки по данному назначению не использовались.

На чертеже изображена конструктивная схема, поясняющая заявляемый способ

Поглотитель 1, выполненный из раствора газа в монокристалле, обладающем свой

0

5

0

5 0 5

0

5

0

5

ством обратимой термической диссоциации, используется в качестве мишени для получения вторичных частиц в протонном ускорителе. Указанный поглотитель помещен в емкость 2, заполненную тем же газом 3, что растворен в кристалле Циркулируя по замкнутому контуру, образованному емкостью 2, трубопроводами 4, насосом 5 и теп- лообменником 6, газ 3 отводит от поглотителя 1 образующееся при взаимодействии с пучком тепло. Контролируя температуру циркулирующего газа можно поддерживать установившуюся температуру поглотителя на заданном уровне.

Если в качестве поглотителя использовать раствор водорода в монокристалле титана со стехиометрией, блИЗКОЙ KTlH2, ТО ИЗ соображений оптимального режима получения вторичных частиц и условий рассеяния тепла, он должен представлять собой прямоугольный параллелепипед длинной 25 см и сечением 1x1 см2.

При попадании пучка (сечение пучка 4x4 мм2) в поглотитель произойдет выделение тепла Температура поглотителя при этом возрастает до температуры диссоциации (установившаяся температура поглотителя должна быть несколько ниже температуры диссоциации) и начнется процесс термической диссоциации поглотителя При этом протонный газ, находящийся в зоне диссоциации (в начальный момент зона диссоциации будет определятся зоной нагрева, т е прямоугольным параллелепипедом с основанием 4x4 мм2 и длиной равной длине мишени), обретет подвижность относительно решетки монокристалла титана. Этот процесс, как известно, будет сопровождаться фазовым переходом второго рода (перестройка структуры кристаллической решетки титана в зоне диссоциации), в результате чего протонный газ приобретает дополнительную энергию (однако, за счет затрат энергии на перестройку структуры общий баланс энергии будет отрицательным, другими словами, процесс будет вносить эндотермический характер) На границе между зоной диссоциации и гидридной зоной будет происходить передача энергии В силу регулярности структуры монокристалла титана направление передачи энергии будет строго задано (кристаллическая решетка титана будет задавать коридоры движения протонного газа) Таким образом, образуется как бы два различных канала теплопроводности: один - в кристаллической решетке титана за счет колебаний атомов в узлах решетки; другой - в междуатомном пространстве за счет взаимодействий по типу соударений протонов протонного газа

Механизм теплопроводности протонного газа отличается от механизма теплопроводности известного из физики идеального газа из-за наличия по крайней мере двух принципиальных особенностей. Это, во- первых, постоянство прицельного параметра при соударениях протонов (обеспечивается регулярностью структуры монокристалла) и, во-вторых, строго выделенные Направления передачи тепла (опре- деляется ориентацией коридоров движения протонного газа). Указанные особенности изменяют механизм теплопроводности и придают ему динамический характер (Р отличии от механизма теплопро- водности идеального газа, носящего статистический характер). Это приводит ic тому, что скорость тепловой диффузии в протонном газе становится равной скорости звука. Таким образом, часть энергии, выделившей- ся в поглотителе, будет ассимилирована протонным газом и рассеяна со скоростью распространения звука в этом газе. Часть водорода при этом выделится из поглотителя (когда фронт тепловой волны дойдет до поверхности поглотителя). Однако, после того, как поглотитель остынет (благодаря циркуляции водорода по замкнутому контуру, включающему в себя теплообменник 6) до температуры ниже температуры диссо- циации, начнется процесс поглощения водорода титаном, который будет продолжаться до обретения поглотителем первоначальной степени насыщения. После этого процесс нагрева может быть повто- рен.

Объем поглотителя 1 выбран большим, нежели объем зоны нагрева. Поэтому при образовании этой зоны (в результате взаимодействия поглотителя с протонным пуч- ком) с необходимостью будет

образовываться и граница, с одной стороны которой будет находиться зона диссоциации, а с другой - гидридная зона. Это сделает возможным реализацию описанного механизма теплопроводности в протонном газе.

Поскольку поверхность мишени выполнена эквидистантно по отношению к повер- хности теплового фронта, то время существования замкнутой границы между зоной диссоциации и гидридной зоной будет максимально, что соответствует наиболее эффективному рассеянию тепла (в области нарушения замкнутости этой границы перестает работать протонный механизм теплопроводности и, следовательно, скорость тепловой диффузии падает).

Формула изобретения

3.Способ по пп. 1 и 2, отличающий с я тем, что в качестве поглотителя тепла используют раствор водорода в монокристалле титана.