Способ стрельцова усиления интенсивности протекания явления сонолюминесценции на геометрических центрах симметрии цилиндрической или сферической полости излучателя

Изобретение относится к области инициирования управляемых реакций ядерного синтеза. Сущность изобретения: в способе усиления интенсивности протекания явления сонолюминесценции на геометрических центрах симметрии цилиндрической или сферической полости излучателя используют бегущие звуковые волны, возбуждаемые в жидкой среде, подвергаемой статическому давлению. Излучатели имеют форму полого цилиндра или полой сферы, а их стенки совершают радиальные колебания, вызываемые электрическими биполярными импульсами. Причем в начале каждого периода колебаний стенки излучателя подвергают радиальному растяжению и удерживают их в течение времени, достаточном для того, чтобы возникшая бегущая волна пониженного давления успела распространиться со скоростью, близкой к обычной скорости звука, от стенок к геометрическому центру симметрии излучателя и сформировать в нем кавитационные полости. После чего направление электрического тока в возбуждающих импульсах меняют. При этом стенки излучателя испытывают радиальное сжатие, в котором их удерживают в течение времени, большего того, которое было затрачено на формирование бегущей волны разрежения и кавитационных полостей. В результате возникает бегущая волна повышенного давления. Причем следующие биполярные электрические импульсы повторяют только после того, как в излучателе прекратятся колебания, порожденные предыдущим схлопыванием кавитационных полостей. Преимущества изобретения заключаются в возможности получения управляемой реакции ядерного синтеза. 17 ил.

 

Изобретение относится к области атомной техники, в частности к области инициирования управляемых реакций ядерного синтеза.

Из уровня техники известно, что в «обычных» кавитационных полях при интенсивности порядка 5 Вт·см^-2 максимальная температура в центре кавитационного пузырька, заполненного аргоном и парами воды, может достигать 2·10⁴ К. При поглощении акустической энергии, большей на 9 - 10 порядков, температура, которая развивается внутри пузырька, превышает 10⁸ К. Эта разница в энергиях, поглощенных в кавитационном пузырьке, приводит к тому, что физическая сущность процессов, происходящая в фокусирующих системах с одним кавитационным пузырьком, резко отличается от «обычных» кавитационных полей. Например, в «обычных» кавитационных полях спектр сонолюминесценции имеет максимум при 320 нм (См. М.А. Маргулис. Звукохимические реакции и сонолюминесценция. Москва, Химия, 1986, с.101), спектр свечения для фокусирующей системы с одним кавитационным пузырьком отличается резким сдвигом в ультрафиолетовую область.

В качестве прототипа к заявленному изобретению был выбран патент РФ №2096934, Кл. Н 05 Н 1/24, G 21 В 1/00, опубл. 20.11.1997. Увеличение интенсивности сонолюминесценции возрастает при воздействии на помещенную в рабочий объем смесь дейтерия с тритием колебаниями, тип и частота которых вызывает локализацию в центральной части рабочего объема электрического поля, рабочий объем заполняют жидкостью насыщенной дейтерий-тритиевой смесью с добавкой инертного газа. Возбуждают ультразвуковые колебания до получения устойчивого кавитационного пузырька при фокусировании энергии ультразвукового поля в области генерации пузырька с плотностью мощности не менее 10¹⁴ Вт·см^-3, а затем после удаления пузырька в рабочий объем вводят микропузырьки, содержащие смесь указанного состава. Для получения ультразвуковых колебаний используют систему цилиндрических фокусирующих ячеек или систему сферических ячеек. Весь процесс проводят в постоянном электрическом поле, а рабочий объем подвергают статическому давлению.

Известный способ не позволяет эффективно сосредоточить энергию звуковых волн.

Предлагаемое изобретение устраняет указанные недостатки, ставит перед собой задачу усилить интенсивность протекания явления сонолюминесценции и использовать его в энергетике.

Технический результат изобретения заключается в возможности получения управляемых реакций ядерного синтеза.

Технический результат достигается за счет того, что в способе усиления интенсивности протекания явления сонолюминесценции на геометрических центрах симметрии цилиндрической или сферической полости излучателя используют бегущие звуковые волны, возбуждаемые в жидкой среде, подвергаемой статическому давлению. Излучатели имеют форму полого цилиндра или полой сферы (см. фигуры 1, 2, 3), а их стенки совершают радиальные колебания, вызываемые электрическими биполярными импульсами. (График нарастания амплитуды давления волн по мере приближения их к геометрической оси цилиндрического излучателя представлен на фигуре 4). Причем в начале каждого периода колебаний стенки излучателя подвергают радиальному растяжению и удерживают их в течение времени, достаточного для того, чтобы возникшая бегущая волна пониженного давления успела распространиться со скоростью, близкой к обычной скорости звука для данной жидкости, от стенок к геометрическому центру симметрии излучателя и сформировать в нем кавитационные полости. После чего направление электрического тока в возбуждающих импульсах меняют. При этом стенки излучателя испытывают радиальное сжатие, в котором их удерживают в течение времени, большего того, которое было затрачено на формирование бегущей волны разрежения и кавитационных полостей. В результате возникает бегущая волна повышенного давления, скорость которой на заключительном этапе, при подходе к центру симметрии излучателя, превышает обычную скорость распространения звука вданной жидкости. Посредством этой волны и производят схлопывание кавитационных полостей. Причем следующие биполярные электрические импульсы, вызывающие в жидкости бегущие волны разрежения-сжатия, повторяют только после того, как в излучателе прекратятся колебания, порожденные предыдущим схлопыванием кавитационных полостей.

Перечень чертежей.

На фигуре 1 изображена аксонометрическая проекция цилиндрического излучателя.

На фигуре 2 показан цилиндрический излучатель в разрезе.

На фигуре 3 изображен вид сверху на цилиндрический излучатель, а стрелки обозначают направление радиальных колебаний стенок.

На фигуре 4 представлен график нарастания амплитуды давления волн по мере приближения их к геометрической оси цилиндрического излучателя.

На фигуре 5 показано, что по трубе 1 в полость цилиндрического излучателя 2 втекает холодная тяжелая вода, обогащенная растворенными в ней дейтерием и тритием, а также солями лития и, возможно, солями урана 235 и плутония 239.

На фигуре 6 изображен цилиндрический излучатель 1, расположенный в полости цилиндра 2 с зазором 3, заполненным газом.

На фигуре 7 изображен сферический излучатель, выполненный на основе вещества, обладающего пьезоэффектом.

На фигуре 8 изображен цилиндрический излучатель, функционирующий в переменном магнитном поле.

На фигуре 9 изображена система цилиндрический излучатель-внешний цилиндр при изменении направления электрического тока в обмотках внешнего цилиндра на противоположное.

На фигуре 10 схематично показано последовательное соединение обмоток излучателя.

На фигуре 11 изображена диаграмма электрического тока, вызывающего колебания стенок излучателя.

На фигуре 12 изображена волна пониженного давления α, распространяющаяся со скоростью, близкой к обычной скорости звука от стенок к центру симметрии излучателя, и формирующая в нем кавитационные полости до того, как впоследствии к центру симметрии подойдет бегущая волна повышенного давления.

На фигуре 13 изображено одновременное распространение волны разрежения α и волны повышенного давления β в направлении центра симметрии излучателя.

На фигуре 14 показано распределение давления в цилиндрическом излучателе за миг до схлопывания кавитационных пузырьков.

На фигуре 15 изображены площади двух нормальных сечений трубки тока S₁ и S₂, a v₁ и v₂ - соответствующие скорости течения жидкости в местах расположения указанных плоскостей

На фигуре 16 показана трубка тока, которая имеет форму цилиндрического сегмента.

На фигуре 17 изображена общая схема энергетической установки для осуществления реакций ядерного синтеза.

Способ осуществляется следующим образом.

По трубе 1 в полость цилиндрического излучателя 2 втекает холодная тяжелая вода (см. фиг.5), обогащенная растворенными в ней дейтерием и тритием, а также солями лития и, возможно, слоями урана-235 и плутония-239. Эта вода облучается в цилиндрическом излучателе звуковой волной, в результате чего на геометрической оси цилиндрического излучателя протекают ядерные реакции, что вызывает нагрев жидкости. Нейтроны, полученные в результате синтеза ядер трития с ядрами дейтерия, прореагируют с ядрами лития, ураном-235 или плутонием-239, присутствующими в растворе в виде солей. Это повысит общую температуру жидкости, находящейся в полости цилиндрического излучателя. Нагретая тяжелая вода будет вытекать через другую трубу 4 цилиндрического излучателя.

При этом возбуждают радиальные колебания в полых цилиндрических излучателях несколькими способами.

Изготовленный из металла цилиндрический излучатель 1 расположен в полости металлического цилиндра 2 с зазором 3, заполненным газом (см. фиг.6). От источника 4 на оба цилиндра подают переменное электрическое напряжение, и стенки внутреннего цилиндрического излучателя начнут совершать радиальные колебания с частотой, в два раза превышающей частоту источника переменного напряжения.

Зазор между стенками излучателя и внешнего цилиндра может быть заполнен не газом, а веществом, обладающим пьезоэффектом. На фигуре 7 изображен сферический излучатель, выполненный на основе вещества2, обладающего пьезоэффектом.

Кроме того, вместо переменного электрического поля может использоваться переменное магнитное поле. На фиг.8 на поверхностях деталей 1 и 2 имеются пазы, в которые уложены обмотки. На фигуре 9 показано изменение радиуса цилиндрического излучателя при изменении направления электрического тока, протекающего по обмоткам внешнего цилиндра. Фигура 10 дает представление о последовательном соединении обмоток цилиндрического излучателя и охватывающего его внешнегоцилиндра.

Для усиления протекания сонолюминесценции используют бегущие волны, вызываемые электрическими сигналами особой формы (см. фиг.11). Период биполярного импульса, вызывающего один акт схлопывания кавитационной полости в центре симметрии излучателя, равен: τ₁+τ₂+τ₃, где τ₁ - промежуток времени, достаточный для того, чтобы бегущая волна пониженного давления α успела распространиться со скоростью, близкой к обычной скорости звука, от стенок к центру симметрии излучателя и сформировать в нем кавитационные полости до того, как к центру симметрии подойдет бегущая волна повышенного давления, τ₂ - промежуток времени, в течение которого стенки излучателя подвергаются резкому радиальному обжатию, τ₃ - промежуток времени, при котором в излучателе прекращаются колебания, вызванные локальным ядерным микровзрывом, произошедшим в его центре симметрии в результате схлопывания кавитационной полости. Затем весь процесс возбуждения колебаний стенок излучателя многократно повторяется.

Различные стадии распространения бегущей волны разрежения α и бегущей волны повышенного давления β показаны на фигурах 12, 13, 14.

Нарастание скорости бегущей волны повышенного давления объясняется фигурами 15, 16.

Общая схема энергетической установки для осуществления реакций ядерного синтеза изображена на фигуре 17, она напоминает схему традиционного двухконтурного уранового ядерного реактора, где 1 - цилиндрический излучатель, в котором проходят ядерные реакции синтеза; 2 - зона протекания реакций; 3 - труба, по которой вытекает горячая вода; 4 - теплообменник; 5 - устройство диффузии дейтерия и трития в тяжелую воду; 6 - электронасос для принудительной циркуляции воды в первом контуре; 7 - турбина; 8 - электрогенератор; 9 - теплообменник; 10 - труба подачи горячей воды на бытовые нужды населения, проживающего возле электростанции: 11 - электронасос для принудительной циркуляции воды во втором контуре установки; 12 - электронасос для нагнетания холодной воды в теплообменник 9.

Способ усиления интенсивности протекания явления сонолюминесценции на геометрических центрах симметрии цилиндрической или сферической полости излучателя, отличающийся тем, что используют бегущие звуковые волны, возбуждаемые в жидкой среде, подвергаемой статическому давлению, излучателями, имеющими форму полого цилиндра или полой сферы, стенки которых совершают радиальные колебания, вызываемые электрическими биполярными импульсами, причем в начале каждого периода колебаний стенки излучателя подвергают радиальному растяжению и удерживают их в течение времени, достаточного для того, чтобы возникшая бегущая волна пониженного давления успела распространиться со скоростью, близкой к обычной скорости звука для данной жидкости, от стенок к геометрическому центру симметрии излучателя и сформировать в нем кавитационные полости, после чего направление электрического тока в возбуждающих импульсах меняют, при этом стенки излучателя испытывают радиальное сжатие, в котором их удерживают в течение времени, большего того, которое было затрачено на формирование бегущей волны разрежения и кавитационных полостей, вследствие чего возникает бегущая волна повышенного давления, посредством которой и производят схлопывание кавитационных полостей, причем следующие биполярные электрические импульсы, вызывающие в жидкости описанные бегущие волны разрежения-сжатия, повторяют только после того, как в излучателе прекратятся колебания, порожденные предыдущим схлопыванием кавитационных полостей.