Космическая энергетическая установка

Космическая энергетическая установка
Предлагаемая полезная модель относится к космической энергетике, в частности к энергетическим установкам термоядерного типа, осуществляющим синтез легких ядер, и может быть использована в качестве источника энергии при полетах электрореактивных двигателей в космосе на достаточном удалении от Земли.
Известна установка, содержащая ускоритель Z) кластеров до 100-150кэВ, электростатический анализатор, разделявший ускоренные кластеры по энергиям и магнит, разделявший кластеры по массе, а также твердую мишень, на которую попадал пучок кластеров после прохода через ранее описанные элементы установки (М. Fallaveir et.al. Search for Nuclear Fusion in Denterated Target under Cluster - Beam Impact, Physical Review Letters, Volume 65, Number 5, p.621, 30.07.1990).
Наиболее близкой к предполагаемой полезной модели является установка, содержащая источник ионов, в котором ионизируется смесь D2O и газообразного Не, сверхзвуковое сопло, куда после ионизации попадал поток и расширялся в нем, и затем проходил через скринер, линзы н квадрупольный масспектрометр, после чего попадал на твердую мишень из TiD. На этой установке наблюдалось явление термоядерного синтеза при столкновениях кластерных ионов. Однако эта установка является экспериментальной и не может быть использована в качестве источника энергии для космических электрореактивных двигателей (R.J. Beuhler et.al. Cluster Impact Fusion, Physical Review Letters, Volume 63, Number 12, p.1292, 18.09.1989, прототип).
Предлагаемая полезная модель решает техническую задачу получения энергии для электрореактивных двигателей при космических полетах на достаточном удалении от Земли.
ООJ.---iw BiiHi)
MKUG21B1/00
Поставленная техническая задача решается тем, что в космической энергетической установке, содержащей корпус, в котором установлены один или более источников дейтерированных заряженных кластеров, содержащих сонло Лаваля, за источником кластеров по направлению их потока установлены скринер, фокусирующая система и твердая мишень, выполненная из дейтерированных материалов, для каждого источника дейтерированных кластеров установлен в корпусе космической энергетической установки с возможностью вращения барабан с приводом, на барабане диаметрально выполнены приспособления для крепления рабочих камер двух сопел Лаваля, рабочая камера каждого сопла Лаваля снабжена устройством для соединения с системой подачи гильз, заполненных D2 и содержащих проволочку из if, Th, Pd, Cs, образующих при установке сопла Лаваля в верхнем положении в контакте с вакуумной емкостью взрывной контур с источником питания, твердая
заменяемая мишень, выполненая из U , ТТг , Pd , Т, D, связана с устройством для замены мишени, между фокусируюшей системой и мишенью установлен деионизатор в виде источника электронов, за мишенью по наравлению потока установлена сфера, внешняя оболочка которой связана с теплообменником через трубопровод, внутренняя стенка связана с системой подачи пористой жидкости, в центре сферы на растяжках устанавле а выполненная из , D, Т или if, if. Г, D заменяемая сферическая таблетка, заключенная в оболочку из РЬ и связанная с устройством для замены таблетки.
Такое выполнение космической энергетической установки позволяет решить поставленную техническую задачу за счет того, что при замыкании взрывного контура проволочка из if, Th, Pd, Cs взрывным образом испаряется, нагревая D2, затем поток паров металлов и D, DI истекает из сопла Лаваля ускоряясь и охлаждаясь при этом за счет того, что концентрация легких компонентов D, 2-п/ много больше концентрации
ОТ
паров тяжелых металлов iP, Th, Pd, Cs-n,,  их плотность находится в соотношении ,, а скорость паров тяжелых металлов м/  и„ где ui - скорость легких компонентов, м, - скорость тяжелых компонентов. Этот эффект является первым этапом кумуляции энергии. Затем в процессе охлаждения начинают образовываться дейтерированные кластеры, при
этом их энергия  --EiNj, где w, - средняя масса тяжелых элементов,
mi - масса легких компонентов, / - энергия легкого компонента, Л, число тяжелых атомов в кластере. Этот эффект является вторым этапом кумуляции энергии. В процессе образования кластеров  кластеров фокусируется магнитным или электростатическим устройством. Для увеличения плотности пучка и с целью предотвращения его расходимости применяется деионизатор в виде  электронов. При бомбардировке мишени из if, Th, Pd, D, Т необходимо, чтобы энергия, запасенная в кластере, передалась небольшому количеству атомов D, находяш;ихся в кластере. Это обеспечивается тем, что в кристаллической решетке кластера и мишени D находится в трех видах D, D, D. Подбором процентного
/%ооО О1ГЪА
содержания U , Th , Pd в кластере обеспечивается соотношение Л,:
-1 /  количества ионизированного дейтерия NI и нейтрального
дейтерия М„. При столкновении такого кластера с мишенью в результате удара электроны внешней оболочки тяжелых атомов коллективизируются и ведут себя как вырожденный электронный газ, подчиняющийся статистике Ферми, а ядра тяжелых атомов с К и L электронами как многозарядные ионы (модель Томаса-Ферми). В момент столкновения кластера с мишенью электроны внешней оболочки тяжелых атомов отталкиваются, а тяжелые ядра по инерции продолжают сближаться. В результате реализуется значительное локальное разделение зарядов, генерирующее сильное электрическое поле. В этом поле заряженные ионы
D и D ускоряются и приобретают энергию Е + EfNf, где f, энергия тяжелого ядра, Л, - число тяжелых атомов в кластере . В результате взаимодействия таким образом ускоренных ионов D и D с Т образуется поток быстрых нейтронов п с энергией 14.7 МэВ. Характерной особенностью этого потока является коллимированность и моноэнергетичность. При фокусировке потока нейтронов за счет первичной фокусировки  кластеров на таблетке из , D, Т или
7- R94S
и , и , D, г, заключенной в оболочку из РЬ, в результате деления
О4Л.
тяжелых ядер Ри или U , U взрывным образом выделяется энергия и образуется расходящаяся ударная волна и ренгеновское излучение, которые частично отражаются от оболочки и самофокусируются. Последнее позволяет существенно увеличить плотность плазмы из D и Т и соответственно увеличить скорость протекания реакции D+T и снизить критический диаметр детонации. Фокусировка нейтронов на таблетке и заключение ее в оболочку из тяжелого элемента РЬ позволяет снизить энергию взрыва таблетки до 250 кг в тротиловом эквиваленте. Последнее позволяет применить данное устройство на энергетических установках относительно небольших размеров, так как слишком большое выделение энергии приводит к их разрушению.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется схемой, показанной на фиг. 1.
Космическая энергетическая установка содержит корпус 1, в котором для каждого источника кластеров установлен барабан 2 с приводом 3, на барабане 2 диаметрально установлены два сопла Лаваля 4 с рабочими камерами 5, снабженными приспособлениями для стыковки с системой подачи 6 гильз 7, заполненных D2 и содержащих проволочкуВ и закрытых мембраной 9, проволочка 8 через контакты 10 источника питания 11 образует взрывной контур при размещении одного из сопел Лаваля 4 в верхнем положении, где оно оказывается на одной линии по
потоку с фокусирующей системой 12, деионизатором 13, скринером 14, емкостью 15, мишеиью 16, связанной с устройством 17 замены мишени, и сферой 18, внутренняя стенка которой связана с системой подачи 19 пористой жидкости, в центре сферы 18 установлена заменяемая сферическая таблетка 20, связанная с устройством 21 для ее замены, сфера 18 связана с теплообменником 22 трубопроводом 23.
Предлагаемая система работает следующим образом.
Гильза 7 с установленной в ней проволочкой 8 из Pd, iP, 77г, Cs, наполняется под давлением D и закрывается разрывающейся мембраной 9, далее она подается системой подачи 6 в рабочую камеру 5 сопла Лаваля 4, мишень 16 из РЙ, f/ Гй Г, D устройством 17 устанавливается в рабочее положение в скринере 14, барабан 2 путем вращения приводом 3 устанавливает оснащенное сопло Лаваля 4 в рабочее положение напротив емкости 15, затем импульсным образом ток через контакты 10 поступает от источника энергии 11 на проволочку 8, которая от этого взрывным образом испаряется, образуется горячая плазма, которая нагревает D, вследствие чего он частично диссоциирует, мембрана 9 под воздействием высокого давления разрывается и поток паров металлов и Z), D истекает через сопло Лаваля 4 в емкость 15, при истечении из сопла Лаваля 4 поток паров металлов кластеризуется вследствие охлаждения, в процессе образования кластеров происходит их насыщение дейтерием, далее поток заряженных кластеров фокусируется в электростатическом устройстве 12, для облегчения фокусировки в проволочку добавляется легкоионизируемая присадка С, затем сфокусированный поток кластеров деионизируется пучком электронов, поступающим из деионизатора 13, деионизированный поток кластеров
продолжает фокусироваться по инерции на мишени 16 из Г/г , U , D, Т, для отделения газа-носителя Z)2, D от пучка кластеров используется скринер 14, газ-носитель поступает в емкость 15, в результате
О О7ЧЙ
бомбардировки мишени 16 пучком кластеров и реализации при столкновении его с мишенью эффектов плазмогазодинамической кумуляции энергии образуются быстрые ионы D, D, которые взаимодействуют с Г, содержаш,имся в мишени, и проистекает реакция , в результате которой из мишени 16 излучается коллимированный,моноэнергетическийпучокнейтронов,
фокусируюш;ийся на сферической таблетке 20, состояш,ей из С/ , U , D, Г, заключенной в оболочку из РЪ, в результате поток нейтронов вызывает деление ядер тяжелых элементов LP, U, вследствие чего в результате быстрого локального выделения энергии образуется ударная волна и поток ренгеновского излучения, которые отражаясь от тяжелой оболочки из РЬ дополнительно сжимают плазму из D, Г, что приводит к ускорению скорости протекания реакции  и снижению критического диаметра детонации, после взрыва таблетки 20 поток излучения и продуктов взрыва взаимодействует с пористой жидкостью, стекаюшей пленочным образом по внутренней стенке сферы 18, образующийся пар по трубопроводу 23 поступает в теплообменник 22, далее отработавшее сопло Лаваля 4 путем поворота барабана 2 движется в нижнее положение для перезарядки, а заряженное в нижнем положении сопло движется вверх в рабочее положение, во время смены сопел происходит перезарядка источника питания 11 или его замена, происходит замена таблетки 20 с помощью устройства 21, После выполнения всех вышеуказанных операций процесс повторяется.
Предлагаемая ядерно-термоядерная энергетическая установка обладает повышенной степенью безопасности, так как использует для работы делящиеся материалы с массой существенно меньше критической. В рабочей зоне масса делящихся материалов и приводящих к реакциям синтеза по энергии взрыва не превышает 300 кг в тротиловом эквиваленте. Это существенным образом отличает данную установку от обычных
лосOIQ
ядерных реакторов, используемых в данный момент в энергетике и содержащих в рабочей зоне массу делящихся материалов, способную в результате аварии или иных обстоятельств привести к взрыву от 1Кт до 20кТ с катастрофическими последствиями для экологии. Получение в предлагаемом устройстве быстрых нейтронов с высокой локальной плотностью потока открывает широкие возможности для использования в ядерной энергетике Ри, Lp. Использование дополнительно реакции  для утилизации неиспользованных нейтронов позволит частично возобновлять топливный ресурс. Относительная малогабаритность энергетической установки открывает возможность для использования ее в качестве источника энергии на космических кораблях и космических станциях в дальнем космосе, а также для использования ее элементов конструкции в качестве маршевого детонационного двигателя с высоким удельным импульсом и тягой.