Что такое термоядерный двигатель

Термоядерный ракетный двигатель

Термоядерный ракетный двигатель (ТЯРД) — перспективный ракетный двигатель для космических полётов, в котором для создания тяги предполагается использовать истечение продуктов управляемой термоядерной реакции или рабочего тела, нагретого за счёт энергии термоядерной реакции.

Содержание

• 1 Принцип работы и устройство ТЯРД
  • 1.1 ТЯРД на основе термоядерного реактора с магнитным удержанием плазмы
  • 1.2 ТЯРД на основе систем инерционного синтеза (импульсный термоядерный реактор)
• 2 Типы реакций и термоядерное топливо
  • 2.1 Реакция дейтерий + тритий (Топливо D-T)
  • 2.2 Реакция дейтерий + гелий-3
  • 2.3 Другие виды реакций
• 3 История, современное состояние и перспективы разработок ТЯРД
• 4 См. также
• 5 Ссылки

Принцип работы и устройство ТЯРД [ править ]

В настоящее время предложены 2 варианта конструкции ТЯРД :

ТЯРД на основе термоядерного реактора с магнитным удержанием плазмы [ править ]

В первом случае принцип действия и устройство ТЯРД выглядят следующим образом: основной частью двигателя является реактор, в котором происходит управляемая реакция термоядерного синтеза. Реактор представляет собой полую «камеру» цилиндрической формы, открытую с одной стороны, т. н. установку термоядерного синтеза схемы «открытая ловушка» (также именуемую «магнитная бутылка» или пробкотрон). «Камера» реактора вовсе не обязательно (и даже нежелательно) должна быть цельно-герметичной, скорее всего она будет представлять собой легкую размеростабильную ферму, несущую катушки магнитной системы. В настоящее время наиболее перспективной считается схема т. н. «амбиполярного удержания» или «магнитных зеркал» (англ. tandem mirrors ), хотя возможны и другие схемы удержания: газодинамические ловушки, центробежное удержание, обращенное магнитное поле (FRC). По современным оценкам, длина реакционной «камеры» составит от 100 до 300 м при диаметре 1-3 м. В камере реактора создаются условия, достаточные для начала термоядерного слияния компонентов выбранной топливной пары (температуры порядка сотен миллионов градусов, факторы критерия Лоусона). Термоядерное топливо — предварительно нагретая плазма из смеси топливных компонентов — подаётся в камеру реактора, где и происходит постоянная реакция синтеза. Генераторы магнитных полей (магнитные катушки той или иной конструкции), окружающие активную зону, создают в камере реактора поля большой напряжённости и сложной конфигурации, которые удерживают высокотемпературную термоядерную плазму от соприкосновения с конструкцией реактора и стабилизируют происходящие в ней процессы. Зона термоядерного «горения» (плазменный факел) формируется по продольной оси реактора. Полученная плазма, направляемая магнитными управляющими системами, истекает из реактора через сопло, создавая реактивную тягу.

Следует отметить возможность многорежимности ТЯРД. Путем впрыска в струю плазменного факела относительно холодного вещества можно резко повысить общую тягу двигателя (за счет снижения удельного импульса), что позволит кораблю с ТЯРД эффективно маневрировать в гравитационных полях массивных небесных тел (например больших планет) где зачастую требуется большая общая тяга двигателя. По общим оценкам, ТЯРД такой схемы может развивать тягу от нескольких килограммов вплоть до десятков тонн при удельном импульсе от 10 тыс. сек до 4 млн. сек. Для сравнения, показатель удельного импульса наиболее совершенных химических ракетных двигателей — порядка 450 сек. (Всего-то!)

ТЯРД на основе систем инерционного синтеза (импульсный термоядерный реактор) [ править ]

Двигатель второго типа — инерционный импульсный термоядерный двигатель. В реакторе такого двигателя управляемая термоядерная реакция проходит в импульсном режиме (доли мкс с частотой 1-10Гц), при периодическом обжатии и разогреве микромишеней (топливных «таблеток»), содержащих термоядерное топливо. Первоначально предполагалось использовать лазерно-термоядерный двигатель (ЛТЯРД). Такой ЛТЯРД предлагался, в частности, для межзвёздного автоматического зонда в проекте «Дедал». Его основой и был реактор, работающий в импульсном режиме. В сферическую камеру реактора подаётся топливная таблетка с термоядерным топливом (например, дейтерий и тритий) — сложная конструкции сфер из смеси замороженных топливных компонентов в оболочке диаметром несколько миллиметров. На внешней части камеры находятся мощные — порядка сотен тераватт — лазеры, наносекундный импульс излучения которых через оптически прозрачные окна в стенах камеры попадает на топливную таблетку. При этом на поверхности топливной таблетки создается зона с температурой более 100 млн. градусов при давлении в миллионы атмосфер — условия, достаточные для начала термоядерной реакции. Происходит термоядерный микровзрыв мощностью в несколько сотен килограммов в тротиловом эквиваленте. Частота таких взрывов в камере в проекте «Дедал» — порядка 250 в секунду, что требовало подачи топливных мишеней со скоростью более 10 км/с при помощи электромагнитной пушки. Расширяющаяся плазма вытекает из открытой части камеры реактора через сопло соответствующей конструкции, создавая реактивную тягу. В настоящее время уже теоретически и практически доказано, что лазерный метод обжатия/разогрева топливных таблеток есть тупиковым путь — в том числе практически невозможно построить лазеры такой мощности с достаточным ресурсом. Поэтому в настоящее время для инерциального синтеза рассматривается вариант с ионно-пучковым обжатием/нагревом топливных таблеток, как более эффективный, компактный и с гораздо большим физическим ресурсом.

И тем не менее, есть мнение, что инерционно-импульсный ТЯРД получится слишком громоздким из-за очень больших циркулирующих в нём мощностей, при худшем, чем у ТЯРД с магнитным удержанием, удельном импульсе и тяге, что вызвано импульсно-периодическим режимом его действия. Идеологически к ТЯРД на инерционно-импульсном принципе примыкают взрыволеты на термоядерных зарядах типа проекта «Орион».

Типы реакций и термоядерное топливо [ править ]

ТЯРД может использовать различные виды термоядерных реакций в зависимости от вида применяемого топлива. В частности, на настоящее время принципиально осуществимы следующие типы реакций:

Реакция дейтерий + тритий (Топливо D-T) [ править ]

2 H + 3 H = 4 He + n при энергетическом выходе 17,6 МэВ

Такая реакция наиболее легко осуществима с точки зрения современных технологий, даёт значительный выход энергии, топливные компоненты относительно дёшевы. Недостаток её — весьма большой выход нежелательной (и бесполезной для прямого создания тяги) нейтронной радиации, уносящей большую часть выходной энергии реакции и, как следствие, резко снижающей КПД двигателя. Тритий радиоактивен, период его полураспада — около 12 лет. То есть долговременное хранение трития невозможно. В то же время, возможно окружить дейтериево-тритиевый реактор оболочкой, содержащий литий: последний, облучаясь нейтронным потоком, превращается в тритий, что в известной степени замыкает топливный цикл, поскольку реактор работает в режиме размножителя (бридера). Таким образом, топливом для D-T-реактора фактически служат дейтерий и литий.

Реакция дейтерий + гелий-3 [ править ]

2 H + 3 He = 4 He + p. при энергетическом выходе 18,3 МэВ

Условия её достижения значительно сложнее. Гелий-3, кроме того, редок и чрезвычайно дорогой изотопом. В промышленных масштабах на настоящее время не производится. Кроме того, что энергетический выход этой реакции выше, чем у D-T-реакции, она имеет следующие дополнительные преимущества:

• Сниженный нейтронный поток (реакцию можно отнести к «безнейтронным»),
• Меньшая масса радиационной защиты,
• Меньшая масса магнитных катушек реактора.

При реакции D- 3 He в форме нейтронов выделяется всего около 5% мощности (против 80% для D-T). Около 20% выделяется в форме рентгеновского излучения. Вся остальная энергия может быть непосредственно использована для создания реактивной тяги. Таким образом, реакция D-3He намного более перспективна для применения в реакторе ТЯРД.

Другие виды реакций [ править ]

Реакция между ядрами дейтерия (D-D, монотопливо) D + D —> 3 He + n при энергетическом выходе 3,3 МэВ, и

D + D —> T + p+ при энергетическом выходе 4 МэВ. Нейтронный выход в этой реакции весьма значителен.

Возможны и некоторые другие типы реакций:

p + 6 Li → 4 He (1.7 MeV) + 3 He (2.3 MeV) 3 He + 6 Li → 2 4 He + p + 16.9 MeV p + 11 B → 3 4 He + 8.7 MeV

Нейтронный выход в указанных выше реакциях отсутствует.

Выбор топлива зависит от многих факторов — его доступность и дешевизна, энергетический выход, лёгкость достижения потребных для реакции термоядерного синтеза условий (в первую очередь, температуры), необходимых конструктивных характеристик реактора и проч. Наиболее перспективны для осуществления ТЯРД т. н. «безнейтронные» реакции, так как порождаемый термоядерным синтезом нейтронный поток (например, в реакции дейтерий-тритий) уносит значительную часть мощности и не может быть использован для создания тяги. Кроме того, нейтронная радиация порождает наведенную радиоактивность в конструкции реактора и корабля, создавая еще одну опасность для экипажа. Реакция дейтерий- гелий-3 является перспективной в том числе и по причине отсутствия нейтронного выхода. В настоящее время предложена ещё одна концепция ТЯРД — с использованием малых количеств антиматерии в качестве катализатора термоядерной реакции.

История, современное состояние и перспективы разработок ТЯРД [ править ]

Идея создания ТЯРД появилась практически сразу после осуществления первых термоядерных реакций (испытаний термоядерных зарядов). Одной из первых публикаций по теме разработки ТЯРД явилась изданная в 1958 году статья Дж. Росса. В настоящее время ведутся теоретические разработки таких видов двигателей (в частности, на основе лазерного термоядерного синтеза) и в целом — широкие практические исследования в области управляемого термоядерного синтеза. Существуют твёрдые теоретические и инженерные предпосылки для осуществления такого типа двигателя в обозримом будущем. Исходя из расчетных характеристик ТЯРД, такие двигатели смогут обеспечить создание скоростного и эффективного межпланетного транспорта для освоения Солнечной системы. Однако реальные образцы ТЯРД на настоящий момент (2015) ещё не созданы.

Водород в автомобилях военного времени

В 1941 г. на Ленинград наступала группа армий «Север». Фашистам удалось отрезать город с суши и установить блокаду. Они стремились сломить сопротивление его защитников голодом, постоянными артиллерийскими обстрелами, наносили удары с воздуха.

Блокированный Ленинград фактически оказался островом, отрезанным от Большой земли. И этот остров организовал собственную оборону — на суше, на воде и в воздухе. Защита города от авиации противника кроме основных средств ПВО обеспечивалась сотнями привязных аэростатов заграждения. Заполненные водородом и поднятые на высоту от 2000 до 4500 м гигантские резиновые «колбасы» не позволяли фашистским асам снижаться для прицельного бомбометания.

Но эти воздушные защитники Ленинграда имели один крупный недостаток. Через 25—30 дней работы аэростаты начинали терять высоту, так как резиновая оболочка пропускала водород, а его место занимали другие газы и пары воды. Поэтому аэростаты приходилось периодически опускать, стравливать «отработанный» водород и заправлять чистым газом. Наставление предписывало производить перезаправку аэростатов, когда в них натекало 15—20% других газов и паров, что предотвращало потерю подъемной силы воздухоплавательного газа и взрывы при образовании «гремучей смеси». В атмосферу выбрасывали миллионы кубометров смеси водород-воздух, ведь только в 1941 г. аэростаты поднимали 40 054 раза!

Необходимость производить перезаправку аэростатов, когда в них натекало 15—20% других газов и паров, что предотвращало потерю подъемной силы

В те дни воентехник младший лейтенант Борис Шелищ служил в мастерских по ремонту аэростатных лебедок. Они были установлены на двух сотнях «полуторок» ГАЗ -АА и приводились в действие от двигателя грузовика. Понятно, что грузовики работали на бензине, но в условиях блокады бензин в городе стал такой же ценностью, как хлеб.

Когда кончился бензин, Шелищ попробовал использовать для спуска аэростатов лифтовые электролебедки, но пока велось переоборудование, не стало и электричества. В блокадном городе появились газогенераторные грузовики, работающие на древесных чурках. Пытались использовать и ручной привод, но даже десять здоровых мужчин не могли справиться с механизмами подъема и спуска. А когда большую часть рядовых и сержантов из аэростатных частей направили в пехоту для усиления наземной обороны, на действующих постах вместо 12 человек по штату осталось всего 4—5 солдат.

Вероятно, именно в это время младший техник лейтенант ПВО Б.И.Шелищ вспомнил роман Жюля Верна «Таинственный остров» (это не выдумка, заметки об этом сохранились в архиве изобретателя). Там, в главе «Топливо будущего», говорится, что когда кончится уголь, его заменит вода. И не просто вода, а вода, разложенная на составные части — водород и кислород.
Борис Исаакович любил Жюля Верна, а работа с аэростатами, тяжелое положение, в котором оказался любимый город, напомнили ему детские впечатления и заставили его изобретательный мозг работать. «Наступит день, когда весь уголь будет сожжен», — произнес один из героев «Таинственного острова». Не правда ли, ситуация напоминает блокадный Ленинград?

Стравливая «грязный водород» в атмосферу, выбрасывали энергию, которая могла работать на Победу! Это все равно что выливать бензин бочками.
И вот тогда-то Шелища осенила мысль — вот оно, топливо будущего, о котором говорил инженер Сайрес Смит удивленному Пенкрофу. По теплотворной способности водород в 4 раза превосходит уголь, в 3,3 раза углеводороды нефти. Значит, именно водород призван помочь Ленинграду, которому именно сейчас необходим «уголь грядущих веков».

Но водород опасен — Борис Исаакович помнил катастрофу «водородного летающего «Титаника» 30-х годов» — дирижабля нацистской Германии «Гинденбург». Весь мир обошли снимки горящего трансатлантического дирижабля, перевозившего из Германии в Америку богатых особ. Однако, рассуждал лейтенант, сейчас война, и если аэростаты не опускать для перезаправки, они потеряют высоту, перестанут прикрывать город. Рискнуть одним грузовиком или даже собственной жизнью в этих условиях казалось вполне оправданным.

Итак, 21 сентября 1941 г. младший техник лейтенант Шелищ обратился к командованию с рационализаторским предложением: подавать «отработанную воздушно-водородную смесь из приземлившихся аэростатов во всасывающие трубы автомобильных двигателей». Очень скоро, 28 сентября, состоялось заседание полкового бюро по рационализации и изобретательству, постановившего: «Считать предложение ценным и приемлемым. Поручить автору предложения приступить к опытной проверке своего предложения».

Шелищ на свой страх и риск подготовил эксперимент. Отметим, что предложение Шелища напоминало об идее Архимеда, спасшего родные Сиракузы от нашествия вражеской армады с помощью сконцентрированного солнечного света. Начальник тыла корпуса ПВО созвал совещание командиров и инженеров полков аэростатов заграждения, на котором решили опробовать установки в работе. Так, 27 октября 1941 г. появился приказ №0348 по 2-му корпусу ПВО о переводе автомашин на отработанный водород.

Схема, предложенная изобретателем, была предельно проста. Отработанный водород из матерчатого газгольдера объемом 125 м2 по дюймовому шлангу подводился к всасывающему коллектору двигателя ГАЗ -АА через технологическую пробку. Минуя карбюратор, газ поступал в рабочие цилиндры. Дозировка водорода и воздуха обеспечивалась дроссельной заслонкой или педалью акселератора. Моторист лебедки (он же водитель грузовика) управлял работой двигателя теми же способами, как и при использовании бензина.

27 октября 1941 г. появился приказ №0348 по 2-му корпусу ПВО о переводе автомашин на отработанный водород.

Первые испытания проводились в сильный мороз — до 30°С. Несмотря на это, после включения зажигания двигатель, питаемый водородом, легко завелся и длительное время устойчиво работал.

Не обошлось без происшествий. Во время опасных опытов сгорели два аэростата, взорвался газгольдер, сам Борис Исаакович получил контузию. После этого для безопасной эксплуатации воздушно-водородной «гремучей смеси» он придумал специальный водяной затвор, исключавший воспламенение смеси при вспышке во всасывающей трубе двигателя.

Многократные испытания действия гидрозатвора оказались успешными. Когда все убедились, что система работает нормально, командование приказало за 10 дней перевести все аэростатные лебедки на новый вид горючего. Круглосуточно работали смены бригад слесарей, сварщиков и рабочих других специальностей, изготовивших несколько сотен комплектов аппаратуры. В дальнейшем управление всеми аэростатами велось с «водородных» грузовиков, и работали эти грузовики лучше, чем на бензине.

Осенью и зимой 1941 г. в ленинградских полках аэростатов заграждения из-за нехватки бензина почти все автомобили стояли. Но легковушка, на заднем сидении которой лежали баллоны с водородом, ездила исправно.
В 1942 г. необычный автомобиль с двигателем, работавшим на водороде, демонстрировался на выставке техники, приспособленной к условиям блокады (об этом 17 января 1942 г. писала газета «Ленинградская правда»). Хотя двигатель несколько часов работал в закрытом помещении, посетители выставки не почувствовали ни дыма, ни гари, ни необычных запахов. Отработанные газы — обыкновенный пар — не загрязняли воздух. Позднее, на выставке автомобилей, работающих на заменителях бензина, эту машину демонстрировали командующему Ленинградским фронтом генерал-полковнику Л.А.Говорову, который одобрил идею ее создания.

Стендовые испытания двигателя, проработавшего без остановки 200 ч, показали, что его износ оказался ниже норм, установленных при работе на бензине, двигатель не потерял мощности, в смазочном масле не нашли вредных примесей, а в камерах сгорания — и следов нагара. Особому испытанию подвергалась надежность гидрозатвора, от которого зависела безопасность.

За эту работу Б.И.Шелища в декабре 1941 г. наградили орденом Красной Звезды, отметили и его помощников. А само изобретение выдвинули на соискание Сталинской премии 1942 г. Но оно не прошло по конкурсу, поскольку тогда еще не было официального решения о принятии его на вооружение в масштабах страны. Позднее, когда такое решение приняли, к этому вопросу уже не вернулись. А Бориса Исааковича командировали в Москву, чтобы использовать его опыт в частях ПВО столицы — 300 двигателей перевели на «грязный водород».

Кстати, во время войны он даже ухитрился оформить а.с. 64209 на изобретение. И таким образом обеспечил приоритет страны в развитии энергетики будущего. Сделал это автор, правда, только после прорыва Ленинградской блокады. Документы зафиксировали срок подачи заявки 8247(322526) в Народный комиссариат обороны — 28 июля 1943 г. В описании изобретения старший техник лейтенант Шелищ писал: «В основном задача была решена в ноябре 1941 года, а законченное оформление и массовое практическое применение изобретение получило во всех частях аэростатов заграждения Ленинградского и других фронтов в 1943—1944 годах». И далее: «Вместе с тем практика работы на водороде подтвердила, что водород как топливо вообще имеет огромные перспективы применения в других родах войск, а также в промышленности…»

После Победы части аэростатов заграждения быстро расформировали. Из-за отсутствия «бросового» водорода его использование в качестве топлива для двигателей прекратилось. Но еще долгие годы работали в колхозах и совхозах списанные двигатели, которые во время войны питались водородом.
Борис Исаакович совершил гражданский подвиг и проявил при этом необыкновенную фантазию и изобретательность. Поражают сроки реализации его водородного проекта: всего за 10 дней на водород перевели 200 грузовиков, при величайшей надежности техники. За всю войну из-за утечек водорода взорвалась всего одна машина из 500. А ведь для изготовления гидрозатворов пришлось использовать все, что было под руками, — корпуса огнетушителей, водопроводные трубы…

После войны Борис Исаакович вернулся к своему блокадному изобретению лишь в середине 70-х, когда получила широкое признание концепция «водородных» перспектив в мировой энергетике и стало известно о ведущихся с 1969 г. в США экспериментах по использованию водорода в качестве автомобильного топлива. В 70-е годы в Балашихе и Загорске появились первые «водородные» легковушки, а в Харькове даже ездили «водородные» такси. Это заставило вспомнить об изобретении 1941 г., обеспечившем отечественный приоритет в этой области. Именно тогда появилось несколько газетных и журнальных публикаций об изобретателе. Приоритет Бориса Исааковича Шелища также подтвердила Комиссия по водородной энергетике Академии наук СССР .

Скончался Борис Исаакович Шелищ 1 марта 1980 года. В Петербурге есть музей ПВО . Здесь можно увидеть фотографию изобретателя, копию описания изобретения и тот самый гидрозатвор, сделанный из огненно-красного огнетушителя.

Комментарии:

Cам работал в Харькове на водородном такси. В те годы бензин был дармовой и я( о чем сейчас очень сожалею) не вникал в технические детали установленной в машине водородной установки. Нас заправляли круглосуточно в одном месте, Автодорожном институте. Это было неудобно ехать из удаленных мест на заправку, когда вокруг везде были бензоколонки. Я даже не поинтересовался каким водородом (сжиженым или сжатым) нас заправляли. Когда через пол года, эти установки сняли, их судьба меня перестала интересовать. Я о них перестал вспоминать. А теперь, когда бензин в Украине 1,5 долара об этом очень жалею. При советской действительности, их можно было недорого прикупить себе. Но тогда это было неактуально.

— Николай · ноя 13, 11:12 · #

Не пойму,зачем кормить нефтегазовую мафию во главе с Путиным. если даже в 1941-м . удалось использовать достаточно коварное . топливо. Насколько мне известно,в одном из московских институтов 27 лет пылится и прообраз “водородного бензобака”-“газового аккумулятора”

— Евгений · апр 9, 17:27 · #

ее знаю кто написал эту стотью. Но БОЛЬШОЕ спасибо за нее! ведь мало кто знает о нашиш ГИРОЯХ самоучках!

— Валера · апр 11, 17:09 · #

Люди не дождутся широкого применения,пока нефтяные магнаты будут править миром.
Эта установка не очень сложная и если есть желание, то можно сделать самому.

— Николай · май 16, 09:15 · #

буду краток козлы кремлёвские надо их стаскивать .заваравались суки все работают на заграницу забыли кто вас кормит платят чтоб мы сголоду нездохли качают народное добро спосибо за понимание

— виктор · июн 22, 17:42 · #

Так какого хрена наши предприниматели грёбаные думают,пусть внедряют. Люди!Делайте сами(кто умеет)такие двигатели!!Пусть эти в Кремле подавятся своей нефтью!!Спасибо за статью.

— вячеслав · ноя 30, 18:40 · #

Подавятся нефтью , так запьют её водой , а дунут водородом и нам же продадут . Воду , кстати , тоже нам продают ! Так что- подавятся одним , продадут другое .

— олег · янв 8, 15:40 · #

Государство всё равно не обманешь.(

— Антон · апр 9, 21:27 · #

Друзья! Не ведитесь на ячейку Мейера до тех пор – пока ваше авто – уже не будет с ПРИПОДНЯТОЙ эффективностью на бензине, Т.Е. до переделки авто на водород – надо получить уже экономию бензина до 50% – ТОГДА и водорода потребуется только 1/3 от того, что надо было Мейер. А это ещё и больше гарантии по безопасности.
— Как я получил экономию бензина до 50% ? Про это узнаете в архиве – файл называется АНТИ МЕЙЕР :
http://rghost.ru/7l4hSHNmc
С ув.
Филипп Прутков

— Филипп Прутков · фев 11, 12:26 · #

почему то никто не задумывается о дешевом и надежном способе добычи водорода что оч странно ведь на сегодня чтоб выработать 1л водорода нужно сжечь как минимум 1 тонну другого топлива так или иначе даже для приготовления реактивов

— андрей · май 8, 18:41 · #

Долго держится страничка! По поводу разложения воды на водород и кислород в нете довольно много инфы. Только разновидностей устройства просто по добыче или готового применения в отоплении и т.д. – более 200 патентов, разновидностей. В результате статья упирается в мысль – делайте генераторы водорода. Хотя приходите к себе домой, что видим – централизованное отопление (70% тепла в земле теплосеть – зар. платы, трубы) и т.д. Вода – то же самое (сравните с водопользованием “колхозов”), эл. энергия – та же проблема.
Ни кто не собирался ни кому давать хорошую жизнь…………….

— Владимир · дек 3, 12:53 · #

Владимир! Если более подробно и наглядно: Сговор существует, потому как все его признаки в наличии! Сама по себе система централизованного отопления в том виде какой она создавалась в СССР . Превращена в инструмент для ограбления еще Советского народа и его производственных предприятий. Сверх прибыльный бизнес современных энергетиков построен на расточительстве природных энергоресурсов за счет бюджетов населения и производственных предприятий. Паразитические структура готовы даже сами подохнуть в отравленной экологии, главное чтобы их гробы были полностью набиты долларами и евро, поэтому они спокойно уничтожают экологию на территории России!

— Владимир · фев 22, 22:44 · #

Да понятно все с государственной структурой главное чтобы люди были упровляемым стадом , потому нас травят просрочкой и гнилым воздухом а народ поднять бунт боится или ленится

Термоядерный ракетный двигатель

Термоядерный ракетный двигатель (ТЯРД) — перспективный ракетный двигатель для космических полётов, в котором для создания тяги предполагается использовать истечение продуктов управляемой термоядерной реакции или рабочего тела, нагретого за счёт энергии термоядерной реакции.

Содержание

• 1 Принцип работы и устройство ТЯРД
  • 1.1 ТЯРД на основе термоядерного реактора с магнитным удержанием плазмы
  • 1.2 ТЯРД на основе систем инерционного синтеза (импульсный термоядерный реактор)
• 2 Типы реакций и термоядерное топливо
  • 2.1 Реакция дейтерий + тритий (Топливо D-T)
  • 2.2 Реакция дейтерий + гелий-3
  • 2.3 Другие виды реакций
• 3 История, современное состояние и перспективы разработок ТЯРД
• 4 См. также
• 5 Ссылки

Принцип работы и устройство ТЯРД [ править ]

В настоящее время предложены 2 варианта конструкции ТЯРД :

ТЯРД на основе термоядерного реактора с магнитным удержанием плазмы [ править ]

В первом случае принцип действия и устройство ТЯРД выглядят следующим образом: основной частью двигателя является реактор, в котором происходит управляемая реакция термоядерного синтеза. Реактор представляет собой полую «камеру» цилиндрической формы, открытую с одной стороны, т. н. установку термоядерного синтеза схемы «открытая ловушка» (также именуемую «магнитная бутылка» или пробкотрон). «Камера» реактора вовсе не обязательно (и даже нежелательно) должна быть цельно-герметичной, скорее всего она будет представлять собой легкую размеростабильную ферму, несущую катушки магнитной системы. В настоящее время наиболее перспективной считается схема т. н. «амбиполярного удержания» или «магнитных зеркал» (англ. tandem mirrors ), хотя возможны и другие схемы удержания: газодинамические ловушки, центробежное удержание, обращенное магнитное поле (FRC). По современным оценкам, длина реакционной «камеры» составит от 100 до 300 м при диаметре 1-3 м. В камере реактора создаются условия, достаточные для начала термоядерного слияния компонентов выбранной топливной пары (температуры порядка сотен миллионов градусов, факторы критерия Лоусона). Термоядерное топливо — предварительно нагретая плазма из смеси топливных компонентов — подаётся в камеру реактора, где и происходит постоянная реакция синтеза. Генераторы магнитных полей (магнитные катушки той или иной конструкции), окружающие активную зону, создают в камере реактора поля большой напряжённости и сложной конфигурации, которые удерживают высокотемпературную термоядерную плазму от соприкосновения с конструкцией реактора и стабилизируют происходящие в ней процессы. Зона термоядерного «горения» (плазменный факел) формируется по продольной оси реактора. Полученная плазма, направляемая магнитными управляющими системами, истекает из реактора через сопло, создавая реактивную тягу.

Следует отметить возможность многорежимности ТЯРД. Путем впрыска в струю плазменного факела относительно холодного вещества можно резко повысить общую тягу двигателя (за счет снижения удельного импульса), что позволит кораблю с ТЯРД эффективно маневрировать в гравитационных полях массивных небесных тел (например больших планет) где зачастую требуется большая общая тяга двигателя. По общим оценкам, ТЯРД такой схемы может развивать тягу от нескольких килограммов вплоть до десятков тонн при удельном импульсе от 10 тыс. сек до 4 млн. сек. Для сравнения, показатель удельного импульса наиболее совершенных химических ракетных двигателей — порядка 450 сек. (Всего-то!)

ТЯРД на основе систем инерционного синтеза (импульсный термоядерный реактор) [ править ]

Двигатель второго типа — инерционный импульсный термоядерный двигатель. В реакторе такого двигателя управляемая термоядерная реакция проходит в импульсном режиме (доли мкс с частотой 1-10Гц), при периодическом обжатии и разогреве микромишеней (топливных «таблеток»), содержащих термоядерное топливо. Первоначально предполагалось использовать лазерно-термоядерный двигатель (ЛТЯРД). Такой ЛТЯРД предлагался, в частности, для межзвёздного автоматического зонда в проекте «Дедал». Его основой и был реактор, работающий в импульсном режиме. В сферическую камеру реактора подаётся топливная таблетка с термоядерным топливом (например, дейтерий и тритий) — сложная конструкции сфер из смеси замороженных топливных компонентов в оболочке диаметром несколько миллиметров. На внешней части камеры находятся мощные — порядка сотен тераватт — лазеры, наносекундный импульс излучения которых через оптически прозрачные окна в стенах камеры попадает на топливную таблетку. При этом на поверхности топливной таблетки создается зона с температурой более 100 млн. градусов при давлении в миллионы атмосфер — условия, достаточные для начала термоядерной реакции. Происходит термоядерный микровзрыв мощностью в несколько сотен килограммов в тротиловом эквиваленте. Частота таких взрывов в камере в проекте «Дедал» — порядка 250 в секунду, что требовало подачи топливных мишеней со скоростью более 10 км/с при помощи электромагнитной пушки. Расширяющаяся плазма вытекает из открытой части камеры реактора через сопло соответствующей конструкции, создавая реактивную тягу. В настоящее время уже теоретически и практически доказано, что лазерный метод обжатия/разогрева топливных таблеток есть тупиковым путь — в том числе практически невозможно построить лазеры такой мощности с достаточным ресурсом. Поэтому в настоящее время для инерциального синтеза рассматривается вариант с ионно-пучковым обжатием/нагревом топливных таблеток, как более эффективный, компактный и с гораздо большим физическим ресурсом.

И тем не менее, есть мнение, что инерционно-импульсный ТЯРД получится слишком громоздким из-за очень больших циркулирующих в нём мощностей, при худшем, чем у ТЯРД с магнитным удержанием, удельном импульсе и тяге, что вызвано импульсно-периодическим режимом его действия. Идеологически к ТЯРД на инерционно-импульсном принципе примыкают взрыволеты на термоядерных зарядах типа проекта «Орион».

Типы реакций и термоядерное топливо [ править ]

ТЯРД может использовать различные виды термоядерных реакций в зависимости от вида применяемого топлива. В частности, на настоящее время принципиально осуществимы следующие типы реакций:

Реакция дейтерий + тритий (Топливо D-T) [ править ]

2 H + 3 H = 4 He + n при энергетическом выходе 17,6 МэВ

Такая реакция наиболее легко осуществима с точки зрения современных технологий, даёт значительный выход энергии, топливные компоненты относительно дёшевы. Недостаток её — весьма большой выход нежелательной (и бесполезной для прямого создания тяги) нейтронной радиации, уносящей большую часть выходной энергии реакции и, как следствие, резко снижающей КПД двигателя. Тритий радиоактивен, период его полураспада — около 12 лет. То есть долговременное хранение трития невозможно. В то же время, возможно окружить дейтериево-тритиевый реактор оболочкой, содержащий литий: последний, облучаясь нейтронным потоком, превращается в тритий, что в известной степени замыкает топливный цикл, поскольку реактор работает в режиме размножителя (бридера). Таким образом, топливом для D-T-реактора фактически служат дейтерий и литий.

Реакция дейтерий + гелий-3 [ править ]

2 H + 3 He = 4 He + p. при энергетическом выходе 18,3 МэВ

Условия её достижения значительно сложнее. Гелий-3, кроме того, редок и чрезвычайно дорогой изотопом. В промышленных масштабах на настоящее время не производится. Кроме того, что энергетический выход этой реакции выше, чем у D-T-реакции, она имеет следующие дополнительные преимущества:

• Сниженный нейтронный поток (реакцию можно отнести к «безнейтронным»),
• Меньшая масса радиационной защиты,
• Меньшая масса магнитных катушек реактора.

При реакции D- 3 He в форме нейтронов выделяется всего около 5% мощности (против 80% для D-T). Около 20% выделяется в форме рентгеновского излучения. Вся остальная энергия может быть непосредственно использована для создания реактивной тяги. Таким образом, реакция D-3He намного более перспективна для применения в реакторе ТЯРД.

Другие виды реакций [ править ]

Реакция между ядрами дейтерия (D-D, монотопливо) D + D —> 3 He + n при энергетическом выходе 3,3 МэВ, и

D + D —> T + p+ при энергетическом выходе 4 МэВ. Нейтронный выход в этой реакции весьма значителен.

Возможны и некоторые другие типы реакций:

p + 6 Li → 4 He (1.7 MeV) + 3 He (2.3 MeV) 3 He + 6 Li → 2 4 He + p + 16.9 MeV p + 11 B → 3 4 He + 8.7 MeV

Нейтронный выход в указанных выше реакциях отсутствует.

Выбор топлива зависит от многих факторов — его доступность и дешевизна, энергетический выход, лёгкость достижения потребных для реакции термоядерного синтеза условий (в первую очередь, температуры), необходимых конструктивных характеристик реактора и проч. Наиболее перспективны для осуществления ТЯРД т. н. «безнейтронные» реакции, так как порождаемый термоядерным синтезом нейтронный поток (например, в реакции дейтерий-тритий) уносит значительную часть мощности и не может быть использован для создания тяги. Кроме того, нейтронная радиация порождает наведенную радиоактивность в конструкции реактора и корабля, создавая еще одну опасность для экипажа. Реакция дейтерий- гелий-3 является перспективной в том числе и по причине отсутствия нейтронного выхода. В настоящее время предложена ещё одна концепция ТЯРД — с использованием малых количеств антиматерии в качестве катализатора термоядерной реакции.

История, современное состояние и перспективы разработок ТЯРД [ править ]

Идея создания ТЯРД появилась практически сразу после осуществления первых термоядерных реакций (испытаний термоядерных зарядов). Одной из первых публикаций по теме разработки ТЯРД явилась изданная в 1958 году статья Дж. Росса. В настоящее время ведутся теоретические разработки таких видов двигателей (в частности, на основе лазерного термоядерного синтеза) и в целом — широкие практические исследования в области управляемого термоядерного синтеза. Существуют твёрдые теоретические и инженерные предпосылки для осуществления такого типа двигателя в обозримом будущем. Исходя из расчетных характеристик ТЯРД, такие двигатели смогут обеспечить создание скоростного и эффективного межпланетного транспорта для освоения Солнечной системы. Однако реальные образцы ТЯРД на настоящий момент (2015) ещё не созданы.

Прямоточный термоядерный двигатель

Ядерная ракета

Ученые рассматривают также возможность использования ядерной энергии для межзвездных перелетов. Еще в 1953 г. Комиссия по атомной энергии США начала серьезные разработки ракет с атомными реакторами, начало которым было положено проектом Rover. В 1950-е и 1960-е гг. эксперименты с ядерными ракетами заканчивались в основном неудачно. Ядерные двигатели вели себя нестабильно и вообще оказывались слишком сложными для тогдашних систем управления. Кроме того, несложно показать, что энергетический выход обычного атомного реактора деления совершенно недостаточен для межзвездного космического аппарата. Средний промышленный атомный реактор производит примерно 1000 МВт энергии, а этого недостаточно, чтобы добраться до звезд.

Однако еще в 1950-е гг. ученые предложили использовать для межзвездных аппаратов атомные и водородные бомбы, а не реакторы. В проекте «Орион», к примеру, предполагалось разгонять ракету взрывными волнами от атомных бомб. Звездолет должен был сбрасывать позади себя серию атомных бомб, взрывы которых порождали бы мощные вспышки рентгеновского излучения. Ударная волна от этих взрывов должна была разгонять звездолет.

В 1959 г. физики из General Atomics оценили, что продвинутая версия «Ориона» диаметром 400 м должна весить 8 млн т, а энергию ей должна обеспечивать 1000 водородных бомб.

Горячим сторонником проекта «Орион» был физик Фримен Дайсон. «Для меня „Орион“ означал доступность всей Солнечной системы для распространения жизни. Он мог изменить ход истории, — говорит Дайсон. Кроме того, это был бы удобный способ избавиться от атомных бомб. — За один полет мы избавились бы от 2000 бомб».

Концом проекта «Орион», однако, стал заключенный в 1963 г. Договор об ограничении ядерных испытаний, запретивший наземные взрывы. Без испытаний невозможно было довести конструкцию «Ориона» до ума и проект закрыли.

Еще один проект ядерной ракеты выдвинул в 1960 г. Роберт Буссард (Robert W. Bussard); он предложил снабдить ракету термоядерным двигателем, похожим на обычный авиационный реактивный двигатель. Вообще, прямоточный двигатель захватывает воздух по ходу полета и уже внутри смешивает его с топливом. Затем топливно-воздушная смесь поджигается, и происходит химический взрыв, который создает движущую силу. Буссард предложил применить тот же принцип к термоядерному двигателю. Вместо того чтобы забирать воздух из атмосферы, как делает авиационный двигатель, прямоточный термоядерный двигатель будет собирать в межзвездном пространстве имеющийся там водород. Собранный газ предполагается сжать и нагреть при помощи электрических и магнитных полей до начала термоядерной реакции синтеза гелия, при которой выделится громадное количество энергии. Возникнет взрыв, и ракета получит толчок. А поскольку запасы водорода в межзвездном пространстве неисчерпаемы, прямоточный ядерный двигатель сможет, предположительно, работать вечно.

Конструкция корабля с прямоточным термоядерным двигателем напоминает рожок для мороженого. Воронка захватывает газообразный водород, который затем поступает в двигатель, нагревается и вступает в реакцию синтеза с другими атомами водорода. Буссард рассчитал, что прямоточный ядерный двигатель весом около 1000 т способен поддерживать постоянное ускорение около 10 м/с 2 (т. е. примерно равное ускорению свободного падения на Земле); в этом случае уже через год звездолет разгонится примерно до 77 % скорости света. Поскольку прямоточный ядерный двигатель не ограничен запасами топлива, звездолет с таким двигателем теоретически мог бы выйти за пределы нашей Галактики и всего за 23 года по корабельным часам добраться до Туманности Андромеды, расположенной на расстоянии в 2 млн световых лет от нас. (Согласно теории относительности Эйнштейна время в ускоряющемся корабле замедляется, так что астронавты в звездолете постареют всего на 23 года, даже если на Земле за это время пройдут миллионы лет.)

Однако и здесь существуют серьезные проблемы. Во-первых, в межзвездной среде встречаются в основном отдельные протоны, так что термоядерный двигатель должен будет жечь чистый водород, хотя эта реакция дает не так уж много энергии. (Водородный синтез может идти разными путями. В настоящее время на Земле ученые предпочитают вариант влияния дейтерия и трития, при котором выделяется значительно больше энергии. Однако в межзвездной среде водород находится в виде отдельных протонов, поэтому в прямоточных ядерных двигателях можно использовать только протон-протонную реакцию синтеза, при которой энергии выделяется гораздо меньше, чем при дейтерий-тритиевой реакции.) Однако Буссард показал, что если модифицировать топливную смесь добавлением некоторого количества углерода, то углерод, работая как катализатор, позволит получить громадное количество энергии, вполне достаточное для звездного корабля.

Во-вторых, воронка впереди звездолета, чтобы собирать достаточно водорода, должна быть огромной — диаметром порядка 160 км, так что собирать ее придется в космосе.

Существует и еще одна нерешенная проблема. В 1985 г. инженеры Роберт Зубрин (Robert Zubrin) и Дейна Эндрюс (Dana Andrews) показали, что сопротивление среды не даст звездолету с прямоточным термоядерным двигателем разогнаться до околосветовых скоростей. Сопротивление это обусловлено движением корабля и воронки в поле атомов водорода. Однако их расчеты основаны на некоторых предположениях, которые в будущем могут оказаться неприменимыми к кораблям с прямоточными двигателями.

В настоящее время, пока у нас нет четких представлений о процессе протон-протонного синтеза (а также о сопротивлении ионов водорода в межзвездной среде), перспективы прямоточного ядерного двигателя остаются неопределенными. Но если эти инженерные проблемы решаемы, такая конструкция наверняка окажется одной из лучших.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет