RU2258268C2 - Method for intensifying sonoluminescence process on geometric symmetry centers of cylindrical or spherical radiation surface - Google Patents
Method for intensifying sonoluminescence process on geometric symmetry centers of cylindrical or spherical radiation surface Download PDFInfo
- Publication number
- RU2258268C2 RU2258268C2 RU2002122072/06A RU2002122072A RU2258268C2 RU 2258268 C2 RU2258268 C2 RU 2258268C2 RU 2002122072/06 A RU2002122072/06 A RU 2002122072/06A RU 2002122072 A RU2002122072 A RU 2002122072A RU 2258268 C2 RU2258268 C2 RU 2258268C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- walls
- emitter
- traveling wave
- cylindrical
- radiator
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области атомной техники, в частности к области инициирования управляемых реакций ядерного синтеза.The invention relates to the field of nuclear engineering, in particular to the field of initiation of controlled nuclear fusion reactions.
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.It is known from the prior art that in “ordinary” cavitation fields with intensities of the order of 5 W cm -2, the maximum temperature in the center of a cavitation bubble filled with argon and water vapor can reach 2 · 10 4 K. When absorbing acoustic energy, it’s 9 more - 10 orders of magnitude, the temperature that develops inside the bubble exceeds 10 8 K. This difference in the energies absorbed in the cavitation bubble leads to the fact that the physical nature of the processes occurring in focusing systems with one cavitation bubble is very different It is derived from “ordinary” cavitation fields. For example, in “ordinary” cavitation fields, the sonoluminescence spectrum has a maximum at 320 nm (See MA Margulis. Sound-chemical reactions and sonoluminescence. Moscow, Chemistry, 1986, p.101), the luminescence spectrum for a focusing system with one cavitation bubble is different a sharp shift in the ultraviolet region.
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.As a prototype of the claimed invention, the patent of the Russian Federation No. 2096934, Cl. H 05
Известный способ не позволяет эффективно сосредоточить энергию звуковых волн.The known method does not allow to effectively concentrate the energy of sound waves.
Предлагаемое изобретение устраняет указанные недостатки, ставит перед собой задачу усилить интенсивность протекания явления сонолюминесценции и использовать его в энергетике.The present invention eliminates these disadvantages, sets itself the task of increasing the intensity of the occurrence of the phenomenon of sonoluminescence and use it in the energy sector.
Технический результат изобретения заключается в возможности получения управляемых реакций ядерного синтеза.The technical result of the invention lies in the possibility of obtaining controlled reactions of nuclear fusion.
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 в данной 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.The technical result is achieved due to the fact that in the method of enhancing the intensity of the occurrence of the phenomenon of sonoluminescence at the geometric centers of symmetry of the cylindrical or spherical cavity of the emitter, traveling sound waves are used, excited in a liquid medium subjected to static pressure. The emitters are in the form of a hollow cylinder or a hollow sphere (see figures 1, 2, 3), and their walls perform radial vibrations caused by electric bipolar pulses. (The graph of the increase in the pressure amplitude of the waves as they approach the geometric axis of the cylindrical emitter is presented in figure 4). Moreover, at the beginning of each period of oscillation, the walls of the emitter are radially stretched and held for a time sufficient for the emerging traveling wave of reduced pressure to propagate at a speed close to the usual speed of sound for a given fluid, from the walls to the geometric center of symmetry of the emitter and to form cavitation cavities in it. After that, the direction of the electric current in the exciting pulses is changed. In this case, the walls of the emitter undergo radial compression, in which they are held for a time longer than that which was spent on the formation of a traveling rarefaction wave and cavitation cavities. As a result, a traveling wave of increased pressure arises, the speed of which at the final stage, when approaching the center of symmetry of the emitter, exceeds the usual speed of sound propagation in a given liquid. Through this wave and produce the collapse of cavitation cavities. Moreover, the following bipolar electrical impulses that cause traveling waves of rarefaction-compression in a liquid are repeated only after the oscillations generated by the previous collapse of cavitation cavities in the emitter cease.
Перечень чертежей.The list of drawings.
На фигуре 1 изображена аксонометрическая проекция цилиндрического излучателя.The figure 1 shows a perspective view of a cylindrical emitter.
На фигуре 2 показан цилиндрический излучатель в разрезе.The figure 2 shows a cylindrical emitter in section.
На фигуре 3 изображен вид сверху на цилиндрический излучатель, а стрелки обозначают направление радиальных колебаний стенок.The figure 3 shows a top view of a cylindrical emitter, and the arrows indicate the direction of the radial oscillations of the walls.
На фигуре 4 представлен график нарастания амплитуды давления волн по мере приближения их к геометрической оси цилиндрического излучателя.The figure 4 presents a graph of the increase in the amplitude of the pressure of the waves as they approach the geometric axis of the cylindrical emitter.
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.Figure 5 shows that through the
На фигуре 6 изображен цилиндрический излучатель 1, расположенный в полости цилиндра 2 с зазором 3, заполненным газом.The figure 6 shows a
На фигуре 7 изображен сферический излучатель, выполненный на основе вещества, обладающего пьезоэффектом.The figure 7 shows a spherical emitter made on the basis of a substance having a piezoelectric effect.
На фигуре 8 изображен цилиндрический излучатель, функционирующий в переменном магнитном поле.The figure 8 shows a cylindrical emitter operating in an alternating magnetic field.
На фигуре 9 изображена система цилиндрический излучатель-внешний цилиндр при изменении направления электрического тока в обмотках внешнего цилиндра на противоположное.The figure 9 shows the cylindrical emitter-external cylinder system when the direction of the electric current in the windings of the external cylinder is reversed.
На фигуре 10 схематично показано последовательное соединение обмоток излучателя.Figure 10 schematically shows a series connection of the emitter windings.
На фигуре 11 изображена диаграмма электрического тока, вызывающего колебания стенок излучателя.The figure 11 shows a diagram of an electric current causing oscillation of the walls of the emitter.
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.Figure 12 shows a reduced pressure wave α propagating at a speed close to the normal speed of sound from the walls to the center of symmetry of the emitter, and forming cavitation cavities in it before a traveling pressure wave subsequently approaches the center of symmetry.
На фигуре 13 изображено одновременное распространение волны разрежения α и волны повышенного давления β в направлении центра симметрии излучателя.The figure 13 shows the simultaneous propagation of the rarefaction wave α and the pressure wave β in the direction of the center of symmetry of the emitter.
На фигуре 14 показано распределение давления в цилиндрическом излучателе за миг до схлопывания кавитационных пузырьков.The figure 14 shows the pressure distribution in a cylindrical emitter a moment before the collapse of cavitation bubbles.
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 плоскостейThe figure 15 shows the area of two normal sections of the current tube S 1 and S 2 , av 1 and v 2 - the corresponding velocity of the fluid at the locations of these planes
На фигуре 16 показана трубка тока, которая имеет форму цилиндрического сегмента.The figure 16 shows a current tube, which has the shape of a cylindrical segment.
На фигуре 17 изображена общая схема энергетической установки для осуществления реакций ядерного синтеза.The figure 17 shows a General diagram of a power plant for the implementation of nuclear fusion reactions.
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
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.Cold heavy water flows through the
При этом возбуждают радиальные колебания в полых цилиндрических излучателях несколькими способами.In this case, radial vibrations in hollow cylindrical emitters are excited in several ways.
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.A
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 вещества 2, обладающего пьезоэффектом.The gap between the walls of the emitter and the outer cylinder can be filled not with gas, but with a substance with a piezoelectric effect. The figure 7 shows a spherical emitter made on the basis of a
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 внешнего цилиндра.In addition, instead of an alternating electric field, an alternating magnetic field may be used. On Fig on the surfaces of
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.To enhance the course of sonoluminescence, traveling waves are used, which are caused by electrical signals of a special shape (see Fig. 11). The period of the bipolar pulse, causing one act of collapse of the cavitation cavity in the center of symmetry of the emitter, is equal to: τ 1 + τ 2 + τ 3 , where τ 1 is a period of time sufficient for the traveling wave of reduced pressure α to propagate at a speed close to normal velocity of sound, from the walls to the center of symmetry of the emitter and form cavitation cavities in it before the traveling wave of increased pressure approaches the center of symmetry, τ 2 is the period of time during which the walls of the emitter are subjected to sharp p adial compression, τ 3 is the period of time during which oscillations in the emitter caused by a local nuclear microexplosion that occurred in its center of symmetry as a result of the collapse of the cavitation cavity cease. Then, the entire process of exciting oscillations of the walls of the emitter is repeated many times.
Различные стадии распространения бегущей волны разрежения α и бегущей волны повышенного давления β показаны на фигурах 12, 13, 14.The various stages of propagation of a traveling rarefaction wave wave α and a traveling wave of increased pressure β are shown in figures 12, 13, 14.
Нарастание скорости бегущей волны повышенного давления объясняется фигурами 15, 16.The increase in speed of a traveling wave of increased pressure is explained by figures 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.The general scheme of a power plant for carrying out nuclear fusion reactions is depicted in Figure 17; it resembles a scheme of a traditional double-circuit uranium nuclear reactor, where 1 is a cylindrical emitter in which nuclear fusion reactions take place; 2 - reaction zone; 3 - pipe through which hot water flows; 4 - heat exchanger; 5 - diffusion device of deuterium and tritium in heavy water; 6 - electric pump for forced circulation of water in the primary circuit; 7 - turbine; 8 - electric generator; 9 - heat exchanger; 10 - pipe for supplying hot water for household needs of the population living near the power plant: 11 - electric pump for forced circulation of water in the secondary circuit of the installation; 12 - electric pump for pumping cold water into the
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002122072/06A RU2258268C2 (en) | 2002-08-12 | 2002-08-12 | Method for intensifying sonoluminescence process on geometric symmetry centers of cylindrical or spherical radiation surface |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002122072/06A RU2258268C2 (en) | 2002-08-12 | 2002-08-12 | Method for intensifying sonoluminescence process on geometric symmetry centers of cylindrical or spherical radiation surface |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002107290/06A Substitution RU2002107290A (en) | 2002-03-25 | 2002-03-25 | METHOD OF SAGITTARIUS FOCUSING THE PRESSURE OF SOUND WAVES AT GEOMETRIC SYMMETRY CENTERS OF A CYLINDRICAL OR SPHERICAL CAVITY OF A RADIATOR |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002122072A RU2002122072A (en) | 2004-02-20 |
RU2258268C2 true RU2258268C2 (en) | 2005-08-10 |
Family
ID=35845280
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002122072/06A RU2258268C2 (en) | 2002-08-12 | 2002-08-12 | Method for intensifying sonoluminescence process on geometric symmetry centers of cylindrical or spherical radiation surface |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2258268C2 (en) |
-
2002
- 2002-08-12 RU RU2002122072/06A patent/RU2258268C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
МАРГУЛИС М.А. Звукохимические реакции и сонолюминесценция. М.: Химия, 1986, с.101. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2002122072A (en) | 2004-02-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4333796A (en) | Method of generating energy by acoustically induced cavitation fusion and reactor therefor | |
Neppiras | Acoustic cavitation | |
US20050135532A1 (en) | Methods and apparatus to induce D-D and D-T reactions | |
US20090147905A1 (en) | Ultrasonic treatment chamber for initiating thermonuclear fusion | |
Perkins et al. | Shock Ignition: A New Approach to High Gain Inertial Confinement Fusion<? format?> on the National Ignition Facility | |
Shah et al. | Cavitation reaction engineering | |
WO2002097823A1 (en) | Methods and apparatus to induce d-d and d-t reactions | |
EP1309973A2 (en) | A liquid based cavitation nuclear reactor including a system for externally processing the reactor liquid | |
WO2003077260A2 (en) | Apparatus and method for fusion reactor | |
RU2003103847A (en) | SPLITTING DEVICE FOR CREATING NEUTRONS | |
Craxton et al. | Progress in laser fusion | |
WO2006137850A2 (en) | Heat exchange system for use with a cavitation system | |
US20070002996A1 (en) | Tabletop nuclear fusion generator | |
US20040141578A1 (en) | Nuclear fusion reactor and method | |
RU2258268C2 (en) | Method for intensifying sonoluminescence process on geometric symmetry centers of cylindrical or spherical radiation surface | |
CA2780618A1 (en) | High velocity droplet impacts | |
Rudenko | Nonlinear acoustic waves in liquids with gas bubbles: A review | |
WO2008100174A1 (en) | Plasma energy converter and an electromagnetic reactor used for producing said converter | |
RU95119726A (en) | METHOD FOR PRODUCING HIGH-TEMPERATURE PLASMA AND IMPLEMENTING THERMONUCLEAR REACTIONS | |
RU2125303C1 (en) | Method for conducting inertial thermonuclear fusion and conversion of energy obtained | |
Giesecke et al. | Experimental realization of dynamo action: present status and prospects | |
Max | Physics of laser fusion. Vol. I. Theory of the coronal plasma in laser-fusion targets | |
Khavroshkina | Cavitation: parameter control | |
Robson | The linus concept | |
Johnsen | Numerical Simulations of Shock Emission by Bubble Collapse Near a Rigid Surface: With Applications to Shock-Wave Lithotripsy (SWL) and the Spallation Neutron Source |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200813 |