Przedmiotem wynalazku jest sposób kontrolo¬ wanego wyzwalania energii jadrowej oraz kapsula paliwa jadrowego umozliwiajaca kontrolowane wy¬ zwalanie energii jadrowej.Znany jest sposób wyzwalania energii jadrowej w reakcji termojadrowej, która wyzwala sie za pomoca promieniowania laserowego lub elektro¬ nowego, które doprowadza temperature i cisnie¬ nie materialu termojadrowego az do wartosci wa¬ runkujacych wystapienie reakcji termojadrowej.Ten znany sposób wymaga doprowadzenia znacz¬ nej ilosci energii. Dlatego tez w celu zmniejszenia koniecznych ilosci energii stosuje sie zageszczanie granulki materialu termojadrowego do 104-krotnej gestosci substancji w stanie stalym, za pomoca pro¬ mieniowania laserowego na niej zesrodkowanego.Zageszczanie takie wymaga impulsu laserowego o specjalnie do tego celu zadanej charakterystyce czasowej natezenia promieniowania. Ten sam sku¬ tek zageszczania granulki materialu termojadro¬ wego osiaga sie za pomoca relatywistycznego stru¬ mienia elektronowego o duzym natezeniu. Energia promieniowania laserowego potrzebna do tego celu jest równiez bardzo duza, nie osiagalna w obec¬ nym stanie techniki laserowej. Opublikowane obli¬ czenia ilosci energii laserowej potrzebnej do za¬ geszczania granulki stanowiacej mieszanine trytu i deuteru podaja wartosci rzedu 106 dzula.Sposób kontrolowanego wyzwalania energii ja- drowej wedlug wynalazku polega na tym, ze do¬ prowadza sie do samopodtrzymujacej sie reakcji lancuchowej rozszczepiania jader zageszczajac ma¬ terial rozszczepialny az do uzyskania masy kry¬ tycznej za pomoca wiazki promieniowania lase¬ rowego, lub elektronowego, lub jonowego, lub kom¬ binacji tych wiazek. Ta reakcja rozszczepiania inicjuje sie reakcje termojadrowa. Obydwie te reakcje rozszczepiania i termojadrowa nastepnie wzajemnie sie wspomagaja.W sposobie wedlug wynalazku zageszczany ma¬ terial rozszczepialny otacza sie reflektorem neu¬ tronów, korzystnie z materialu termojadrowego.W korzystnym rozwiazaniu wedlug wynalazku material rozszczepialny zageszcza sie za pomoca strumieni czastek makromolekularnych lub cza¬ stek malych, az do mikroskopijnych, ewentualnie za pomoca dzialania pola magnetycznego, do któ¬ rego wytworzenia stosuje sie strumienie energii wiazek lub silne prady elektryczne zwlaszcza pra¬ dy termoelektryczne.Kapsula paliwa jadrowego umozliwiajaca kon¬ trolowane wyzwalanie energii jadrowej wedlug wynalazku charakteryzuje sie tym, ze w jej wne¬ trzu znajduje sie rdzen z materialu rozszczepial¬ nego, który posiada co najmniej jedna otaczajaca go powloke usytuowana wspólsrodkowo wzgledem niego, stanowiaca reflektor neutronów, korzystnie z materialu termojadrowego. 8848988489 W korzystnym rozwiazaniu kapsuly wedlug wy¬ nalazku posiadajacej kilka powlok wykonanych z materialu termojadrowego, pomiedzy tymi po¬ wlokami znajduje sie wspólsrodkowa, co najmniej jedna powloka z materialu rozszczepialnego.Kapsula posiada ksztalt granulki lub cylindra.W odmiennym rozwiazaniu kapsula wedlug wy¬ nalazku zawiera mieszanine materialu rozszcze¬ pialnego i materialu termojadrowego.W sposobie wedlug wynalazku, ze wzgledu na mozliwosc osiagania wysokiej gestosci materialu rozszczepialnego^ samopodtrzymujaca sie reakcja lancuchowa rozszczepiania przebiega znacznie szyb¬ ciej niz w bombie atomowej, przy czym masa krytyczna wynosi ulamki grama.Otoczenie zageszczanego materialu rozszczepial¬ nego reflektorem neutronów powoduje dalsze is¬ totne zmniejszenie masy krytycznej. Energia pro¬ mieniowania uzytego do zageszczania materialu rozszczepialnego jest wprost proporcjonalna do masy krytycznej, co oznacza znaczne zmniejszenie niezbednej energii.Energia jadrowa wyzwolona w samopodtrzymu- jacej sie reakcji lancuchowej rozszczepiania ini¬ cjuje reakcje termojadrowa reflektora neutronów wyzwalajac znacznie wieksze ilosci energii termo¬ jadrowej niz w innych znanych sposobach synte¬ zy jadrowej, z uzyciem promieniowania laserowe¬ go, w których nie wystepuje lancuchowa reakcja ' rozszczepiania jader. Neutrony pochodzace z re¬ akcji termojadrowej reflektora neutronów zwielo¬ krotniaja nastepnie reakcje lancuchowa rozszcze¬ piania.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przy¬ kladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia kapsule paliwa jadrowego zawierajaca rdzen z materialu rozszczepialnego oraz reflektor neutronów, w przekroju poprzecznym, a fig. 2 — kapsule, w której dookola rdzenia z materialu roz¬ szczepialnego umieszczonych jest jedna za druga, wspólosiowo, kilka powlok z materialu termoja^ drowego i materialu rozszczepialnego.Przedstawiony na fig. 1 rdzen 1 kapsuly jest wykonany z materialu rozszczepialnego na przy¬ klad U285, Ugss, i/lub PU239, a reflektor neutronów 2 na przyklad z H, T-D i/lub Li-D.W przykladzie wykonania przedstawionym na fig. 2 rdzen 11 kapsuly oraz powloki 13, 15 wy¬ konane sa z materialu rozszczepialnego, a powloki 12, 14, 1(5 wykonane z materialu termojadrowego.Otaczaja one rdzen 11, przy czym powloki 13, 15 spelniaja funkcje reflektora neutronów.Zamiast ukladu powlokowego kapsula moze rów¬ niez zawierac mieszanine materialu rozszczepial¬ nego z materialem termojadrowym, przy zmien¬ nym skladzie procentowym obu tych skladników.W celu wyzwolenia samopoditrzymujacej sie lan¬ cuchowej reakcji rozszczepiania, rdzen 1 kapsuly wykonany z materialu rozszczepialnego zageszcza sie za pomoca impulsowego strumienia promienio¬ wania laserowego dzialajacego na rdzen ze wszystkich stron. Na skutek tego powstaje uklad krytyczny, a w rdzeniu rozpoczyna sie lancucho¬ wa reakcja rozszczepiania, co z kolei powoduje wzrost temperatury i cisnienia w materiale ier-* mojadrowym powloki 2 az do wyzwolenia reakcji termojadrowej. * - -; Rdzen 1 lub 11 jest wykonany z U^, Ug^, Pu«39 lub mieszaniny dwóch lub wszystkich tych sklad¬ ników. To samo dotyczy reflektora neutronów 2, który jest wykonany z materialu termojadrowego.Równiez i w tym przypadku, gdy kapsula jak na fig. 2 ma szereg wspólsrodkowych powlok 13, 15 wykonanych z materialu rozszczepialnego oraz po¬ wlok 12, 14, 16 z materialu termojadrowego, po¬ szczególne strefy stanowia mieszanine róznych substancji. ^5 Kapsula paliwa jadrowego moze* byc równiez wykonana jako posiadajaca wewnatrz pusta prze¬ strzen, która to przestrzen likwiduje sie w okre¬ sie zageszczania materialu rozszczepialnego.Przyklad I. Kapsula jest wykonana wylacz¬ nie z materialu rozszczepialnego, na przyklad ^235- Cisnienie wytworzone za pomoca wiazek pro- mieniowania skierowanych wspólsrodkowo, wyno¬ si p = 1018 dyn/cm2. Wodór pod tym cisnieniem i w niskiej temperaturze zostaje zageszczony do okolo 104-taotnej gestosci substancji w stanie sta¬ lym, przy czym zageszczenie jest tym wieksze, im nizsza jest temperatura, poniewaz w niskiej temperaturze elektrony znajduja sie na podstawo¬ wych poziomach energetycznych. W przypadku uranu nie da sie osiagnac takiego zageszczenia jak w przypadku wodoru. Pod cisnieniem 1018 dyn/cm2 mozna spodziewac sie osiagniecia gestosci uranu równej 250-krotnej gestosci sub¬ stancji w stanie stalym, o ile za podstawe przyj¬ mie sie model gazu wedlug Thomas'a — Fer¬ miego.Dla uranu oznacza to liczbe atomów Nc^lO25 cm-3, natomiast w przypadku wodoru gestosc wy¬ nosi N c^5 X1026 cm-3. Krytyczny promien kuli z materialu rozszczepialnego wyrazony jest wzo¬ rem: 45 60 Ro=^7 -d (1) gdzie: B2mc^Zosot N2 (y—1) (2) a d^ 0,71 Nas <3) We wzorach (2) i (3) o8 i ot oznaczaja przekrój czynny neutronów dla rozpraszania i rozszczepia- 85 nia. y oznacza srednia liczbe neutronów uwalnia¬ nych w reakcji rozszczepiania jader, N oznacza liczbe atomów rozszczepialnych w 1 cm3 materia¬ lu rozszczepialnego. Po podstawieniu wartosci as^2X 10~24 cm2, af^2X 10~24 cm2, y^2,9,N = 60 = 1,17 X 1025 cm-'3 (ostatnia wartosc jest aktualna dla p = 1018 dyn/cm2), otrzymuje sie Ro = 2,6 X X 10 ~2 cm, przy masie krytycznej mo^0,34 g.Wartosc ta jest 104 krotnie mniejsza niz w zwy¬ klych bombach zawierajacych material rozszcze- 95 pialny. 88489 6 Minimalna energie E potrzebna do zageszczania szacuje sie na: 2 E-ypV (4) gdzie: V oznacza objetosc koncowa. Stad E^ c^ 4,9 X 106 dziula. Wartosc te uzyskuje sie stosu¬ jac wiazki promieniowania laserowego, a takze wiazki elektronowe relatywistyczne.Przyklad II. Kapsula zawiera rdzen z ma¬ terialu rozszczepialnego otoczony reflektorem z trybu i deuteru.Krytyczny promien R dla reflektora neutronów o grubosci T^R oblicza sie ze wzoru: 1 Dr R=i;(3^1/2 <5) gdzie Dr i Dc oznaczaja stale dyfuzji neutronów reflektora oraz materialu rozszczepialnego.Dla cisnienia p = 1018 dyn/cm2 ze wzoru (5) otrzy¬ muje sie promien krytyczny Rc^5X 10-3 cm i mase krytyczna m^2X 10-3 grama. Masa ta jest 180 razy mniejsza niz wairtosc masy krytycz¬ nej w przypadku braku reflektora neutronów.Energia potrzebna do zageszczania kapsuly nie zmniejsza sie w tym samym stosunku, poniewaz zageszczaniu podlega równiez reflektor neutronów.Stad energia -potrzebna do zageszczania wynosi E~2X105 dzula. Wartosc ta jest okolo 20 razy mniejsza niz w przypadku kapsuly zawierajacej rdzen nie osloniety reflektorem.Lancuchowa reakcja rozszczepiania odbywa sie wedlug zaleznosci: n = n0exp (Nafv0) y —l(t) (6) W równaniu (6) n oznacza liczbe neutronów uwol¬ nionych do czasu t, nc oznacza liczbe neutronów dla czasu t = 0, predkosc neutronów v0 = 109 cm/ /sek. Po podstawieniu wartosci, w przypadku cisnienia p =1818 dyn/cm2 dla uranu otrzymuje sie: n-n0 exp (4,7- lO^01) (7) Czas narastania te dla czynnika e wynosi przy tym te ^ 2 X 10-11 sekundy.Sily bezwladnosci utrzymuja kapsule w swym pierwotnym ksztalcie w ciagu czasu równego w przyblizeniu 10-9 sekundy. Po tym czasie n = n0e50 c± 10 22 n0.Wartosc ta umozliwia wieksza liczbe rozszcze¬ pien jader atomów na jednostke czasu w zagesz¬ czonym materiale rozszczepialnym. Gzynnik N w równaniu (6) w wykladniku potegowym na skutek wyzszej gestosci, wskazuje na znacznie szybszy przebieg lancuchowej reakcji rozszczepiania niz w zwyklych bombach atomowych.Nalezy jeszcze zwrócic uwage na mozliwosc przeprowadzenia i skutki zageszczania pod wply¬ wem dzialania pola magnetycznego.Zarówno wiazka promieniowania laserowego jak i elektronowego przedstawiaja inne mozliwosci zageszczania uwarunkowane oddzialywaniem na plazme silami pochodzacymi od silnych pól ma¬ gnetycznych. Przy tym pole magnetyczne o in¬ dukcji magnetycznej rzedu wielu milionów gaus- sów wystepuje jako wlasne pole magnetyczne wiazki elektronów, na skutek efektów termoelek¬ trycznych, na skutek zmiennego nieliniowego od¬ dzialywania wiazek laserowych i elektronowych i zostaje wówczas wykorzystane do magnetycz¬ nego zageszczania kapsuly paliwa jadrowego.Rozwiazanie wedlug wynalazku stosuje sie do zasilania reaktorów rozszczepieniowyeh lub powie¬ lajacych oraz do napedzania pojazdów, zwlaszcza pojazdów kosmicznych, a takze zasilania kombi¬ nowanych reaktorów • rozszczepieniowo-syntezo- wych. PL