RU2407678C2 - Drone plate with nuclear engine - Google Patents
Drone plate with nuclear engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2407678C2 RU2407678C2 RU2009110821/11A RU2009110821A RU2407678C2 RU 2407678 C2 RU2407678 C2 RU 2407678C2 RU 2009110821/11 A RU2009110821/11 A RU 2009110821/11A RU 2009110821 A RU2009110821 A RU 2009110821A RU 2407678 C2 RU2407678 C2 RU 2407678C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nuclear
- energy
- neutrons
- reagent
- engine
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF THE INVENTION
Как известно, все материальные вещества состоят из атомов и молекул. В атомных ядрах сконцентрирована огромная природная энергия, получение которой позволяет мощное развитие энергетики, экономики, оборонной промышленности и всего народного хозяйства страны. Однако получение ядерной энергии представляет сложную техническую задачу. Ученые и специалисты-ядерщики научились производить ядерную энергию путем расщепления некоторых тяжелых атомных ядер на более мелкие фрагменты. При этом выделяется часть запасенной ядерной энергии. Но препятствием на пути дальнейшего развития этой области энергетики является значительное загрязнение природной среды радиоактивными ядерными отходами.As you know, all material substances are composed of atoms and molecules. Huge natural energy is concentrated in the atomic nuclei, the receipt of which allows the powerful development of energy, economy, defense industry and the entire national economy. However, obtaining nuclear energy is a difficult technical task. Scientists and nuclear specialists learned how to produce nuclear energy by splitting some heavy atomic nuclei into smaller fragments. In this case, part of the stored nuclear energy is released. But an obstacle to the further development of this energy field is the significant pollution of the environment by radioactive nuclear waste.
Вторым существенным недостатком для использования ядерной энергии, реализованной на тяжелых атомных ядрах для подвижных транспортных средств, необходимость иметь тяжелые средства защиты от облучения.The second significant drawback for the use of nuclear energy implemented on heavy atomic nuclei for mobile vehicles is the need to have heavy radiation protection equipment.
Попытки овладеть управляемыми термоядерными реакциями для использования ядерной энергии в народном хозяйстве не дали пока желаемого положительного результата.Attempts to master controlled thermonuclear reactions for the use of nuclear energy in the national economy have not yet yielded the desired positive result.
Мною предложен третий путь производства ядерной энергии, названный ”низкотемпературным ядерным синтезом”, обещающий большие перспективы (патенты №2128374, 2123730, 2163808, 2176114, 3180866, 2276286, 2292304). Предложенный способ не является ни повторением, ни продолжением исследований явления, который оказался неосуществимым, получившим название ”холодным" ядерным синтезом. Низкотемпературный ядерный синтез заключается в следующем. В специальном ядерном реакторе низкотемпературного ядерного синтеза используют в качестве мишени некоторые атомные ядра, обладающие желаемыми свойствами (например, безвредные, нерадиоактивные, дешевые и т.п.) и производят облучение этой мишени медленными нейтронами. Ядра мишени интенсивно захватывают медленные нейтроны, при этом выделяется ядерная энергия. Часть избыточных нейтронов, захваченных ядром реагента, превращаются в протоны. Образовавшийся протон внутри ядра входит в состав ядра, при этом происходит синтез, при котором увеличивается масса и электрический заряд ядра. В результате увеличивается энергия связи ядра и выделяется соответствующая ядерная энергия.I proposed a third way of nuclear energy production, called “low-temperature nuclear fusion”, promising great prospects (patents No. 2128374, 2123730, 2163808, 2176114, 3180866, 2276286, 2292304). The proposed method is neither a repetition nor continuation of studies of a phenomenon that turned out to be unrealizable, called “cold” nuclear fusion. for example, harmless, non-radioactive, cheap, etc.) and irradiate this target with slow neutrons. The target nuclei intensely capture slow neutrons, and nuclear energy is liberated. Some of the excess neutrons captured by the reagent nucleus are converted into protons. The resulting proton inside the nucleus is part of the nucleus, and synthesis takes place, which increases the mass and electric charge of the nucleus. As a result, the binding energy of the nucleus and the corresponding nuclear energy is released.
В отличие от известного ”холодного" ядерного синтеза, который является неосуществимым, предложенный способ несложно осуществить без больших затрат.Unlike the well-known “cold" nuclear fusion, which is not feasible, the proposed method is simple to implement without high costs.
Известный ”холодный" синтез в отличие от предложенного низкотемпературного ядерного синтеза не является таковым, поскольку по существу представляет собой один из вариантов термоядерного синтеза, в результате которого предполагалось осуществить объединение ядер атомов тяжелых металлов палладия и титана с ядрами водорода при насыщении дейтерием кристаллических решеток тяжелых металлов.The well-known “cold" fusion, in contrast to the proposed low-temperature fusion, is not such, since it essentially represents one of the options for thermonuclear fusion, as a result of which it was supposed to combine the nuclei of heavy metal atoms of palladium and titanium with hydrogen nuclei when deuterium is saturated with crystal lattices of heavy metals .
Предложенный способ низкотемпературного ядерного синтеза в отличие от известного ”холодного” ядерного синтеза основан на захвате ядром мишени положительных частиц, а нейтральных частиц - нейтронов, для которых потенциальный барьер ядер мишени отсутствует.The proposed method of low-temperature nuclear fusion, in contrast to the known “cold” nuclear fusion, is based on the capture by the target nucleus of positive particles and neutral particles of neutrons, for which there is no potential barrier to the target nuclei.
В данном проекте предлагается вариант беспилотного самолета с ядерным двигателем, следовательно, проект относится к самолетостроению.This project proposes a variant of an unmanned aircraft with a nuclear engine, therefore, the project relates to aircraft construction.
Из уровня техники известен беспилотный самолет с ядерным двигателем, выполненный по нормальной аэродинамической схеме и включающий фюзеляж, шасси, крыло и оперение; на задней кромке каждой консоли крыла установлены закрылки и элероны; ядерный двигатель выполнен в виде силовой установки, состоящей из ядерного реактора, производящего пар для турбины, которая связана с компрессором, в котором происходит сжатие и нагрев воздуха для сопел, где создается тяговое усилие.The prior art unmanned aircraft with a nuclear engine, made according to the normal aerodynamic design and includes a fuselage, landing gear, wing and tail; flaps and ailerons are installed on the trailing edge of each wing console; The nuclear engine is made in the form of a power plant, consisting of a nuclear reactor producing steam for a turbine, which is connected to a compressor in which air is compressed and heated for nozzles, where traction is generated.
(Патент США 3547380. 1970 г.)(U.S. Patent 3,547,380. 1970)
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Беспилотный самолет с ядерным двигателем, выполненный по нормальной аэродинамической схеме и предназначенный для выполнения разведывательных и диверсионных заданий в тылу врага, включающий фюзеляж, высокорасположенное трехлонжеронное крыло, двухкилевое вертикальное оперение и цельноповоротный стабилизатор с дифференциальным управлением; на задней кромке каждой консоли крыла установлены закрылки, элероны и аэродинамический гребень; шасси трехопорное, основные стойки убираются в фюзеляж и имеют по одному колесу большого диаметра; ядерный двигатель, выполненный в виде силовой установки, состоящей из ядерного реактора низкотемпературного ядерного синтеза, выполненного с генератором нейтронов для изотопа литий-7 в качестве реагента и производящего пар для турбины, которая связана с компрессором, в котором происходит сжатие и нагрев воздуха для сопел, где создается тяговое усилие.An unmanned aircraft with a nuclear engine, made according to the normal aerodynamic scheme and designed to carry out reconnaissance and sabotage missions behind enemy lines, including the fuselage, a highly located three-winged wing, a two-keel vertical tail unit and an all-turning stabilizer with differential control; flaps, ailerons, and an aerodynamic ridge are installed on the trailing edge of each wing console; the tricycle landing gear, the main struts are retracted into the fuselage and have one large-diameter wheel; a nuclear engine made in the form of a power plant consisting of a low-temperature nuclear fusion nuclear reactor made with a neutron generator for the lithium-7 isotope as a reagent and producing steam for a turbine that is connected to a compressor in which air is compressed and heated for nozzles, where traction is generated.
Теплоносителем произведенная энергия с помощью пара передается в турбину, связанную с компрессором, в котором происходит сжатие и нагрев воздуха, и в соплах двигателя создается тяговое усилие.The heat generated energy is transmitted via steam to a turbine connected to a compressor, in which air is compressed and heated, and traction is generated in the nozzles of the engine.
Самолет состоит из следующих частей и отсеков:The aircraft consists of the following parts and compartments:
Фюзеляжа, крыльев, хвостового оперения, рулевой части, шасси; и отсеков: головная часть, грузовой отсек, отсек блока управления, отсек транспортной части.Fuselage, wings, tail, tail, chassis; and compartments: head part, cargo compartment, control unit compartment, transport part compartment.
Головная часть служит контейнером для дополнительного груза.The head part serves as a container for additional cargo.
Грузовой отсек для размещения боевых зарядов, грузов и для стабилизации полета.Cargo compartment for placement of warheads, cargo and to stabilize the flight.
Отсек блока управления служит для размещения:The control unit compartment is used to accommodate:
а) компьютеров управления полетом и выработки командных сигналов в механизмы узлов самолета,a) flight control computers and the generation of command signals to the mechanisms of the aircraft nodes,
б) системы стабилизации по углам вращения, тангажа, рыскания,b) stabilization systems for angles of rotation, pitch, yaw,
в) системы ориентации,c) orientation systems,
г) системы наведения,g) guidance systems,
д) системы контроля,d) control systems
е) системы выработки командных сигналов,e) command signal generation systems,
ж) системы электропитания,g) power supply systems,
з) других вспомогательных и обслуживающих систем.h) other auxiliary and service systems.
Отсек транспортной частиTransport compartment
В транспортном отсеке самолета расположены: реактор, производящий ядерную энергию, рулевые и корректирующие установки, системы пуска и останова двигателей, системы охлаждения и запас ядерного горючего.In the transport compartment of the aircraft are located: a reactor that produces nuclear energy, steering and corrective installations, systems for starting and stopping engines, cooling systems and stocks of nuclear fuel.
ЯДЕРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬNUCLEAR ENGINE
Ядерный двигатель для беспилотного самолета состоит из ядерного реактора, генератора нейтронов, турбины, компрессора.The nuclear engine for an unmanned aircraft consists of a nuclear reactor, a neutron generator, a turbine, and a compressor.
Ядерный реактор, предназначенный для выполнения реакций низкотемпературного ядерного синтеза, работает на тепловых нейтронах с графитовым замедлителем. Ядерным горючим (реагентом) служит стабильный изотоп литий-7, который производит ядерную энергию при облучении реагента медленными нейтронами путем радиационного захвата нейтронов ядром реагента.A nuclear reactor designed to perform low-temperature nuclear fusion reactions runs on thermal neutrons with a graphite moderator. The nuclear fuel (reagent) is the stable isotope lithium-7, which produces nuclear energy when the reagent is irradiated with slow neutrons by radiation capture of neutrons by the reagent core.
В ядрах реагента, облученных медленными нейтронами, осуществляется ядерная реакция:In the reagent nuclei irradiated with slow neutrons, a nuclear reaction occurs:
; ;
, ,
в результате которой образуются две положительно заряженные альфа-частицы и выделяется энергия 17,3 МэВ, излучаемая квантом гамма-излучения с энергией 2 МэВ и потоком бета-минус-излучения с энергией 15,31 МэВ, которые используются для создания тягового усилия двигателя, расходуя 1 кг реагента в сек, что соответствует расходу энергии 2,38·1014/3·108=795 т·с/кг.as a result of which two positively charged alpha particles are formed and 17.3 MeV energy is emitted, emitted by a 2-MeV gamma-ray quantum and a 15.31-MeV beta-minus radiation flux, which are used to create engine traction, spending 1 kg of reagent per second, which corresponds to the energy consumption of 2.38 × 10 14/3 × 10 8 = 795 · t s / kg.
В результате один из нейтронов превращается в протон и заканчивается формирование второй альфа-частицы. Образовавшееся ядро бериллия-8 нестабильно и распадается на две альфа-частицы в течение 1·10-16 с и в дальнейшей реакции не участвует.As a result, one of the neutrons turns into a proton and the formation of the second alpha particle ends. The resulting beryllium-8 core is unstable and breaks up into two alpha particles within 1 · 10 -16 s and does not participate in the further reaction.
Таким образом, 1 кг прореагировавшего исходного реагента лития-7 выделяет энергию 6·1026·17,4/7=14,9·1026 МэВ или 5,67·1010 ккал, что в 2,8 раз больше, чем при израсходовании 1 кг урана-235.Thus, 1 kg of the reacted initial lithium-7 reagent releases energy of 6 · 10 26 · 17.4 / 7 = 14.9 · 10 26 MeV or 5.67 · 10 10 kcal, which is 2.8 times more than at spent 1 kg of uranium-235.
Это эквивалентно сжиганию 5,14 тыс. тонн бензина.This is equivalent to burning 5.14 thousand tons of gasoline.
Для аналога (самолет Миг-25) запас горючего составляет 14570 кг.For the analogue (Mig-25 aircraft), the fuel supply is 14570 kg.
Дальность полета - 1920 км, время полета - 2 ч 5 мин.Flight range - 1920 km, flight time - 2
Для предложенного ядерного двигателя израсходование 1 кг исходного реагента эквивалентно сжиганию 5,14 тыс. тонн бензина, откуда имеем 5140000/14570=352,8; 1000/352,8=2,83 г. Следовательно, на 2 часа полета потребуется израсходовать всего лишь 3 грамма горючего, а на 100 часов полета будет расходоваться 150 г лития-7.For the proposed nuclear engine, the consumption of 1 kg of the starting reagent is equivalent to burning 5.14 thousand tons of gasoline, from which we have 5140000/14570 = 352.8; 1000 / 352.8 = 2.83 g. Therefore, for 2 hours of flight only 3 grams of fuel will be required, and for 100 hours of flight 150 g of lithium-7 will be consumed.
ДОСТОИНСТВА ЯДЕРНОГО ДВИГАТЕЛЯ:ADVANTAGES OF THE NUCLEAR ENGINE:
1) Ядерное горючее для низкотемпературного ядерного синтеза в миллион раз калорийнее бензина.1) Nuclear fuel for low-temperature nuclear fusion is one million times more caloric than gasoline.
2) Исходные материалы и продукты реакций нерадиоактивны, не опасны и безвредны, в процессе реакций не производят радиоактивные отходы, в случае аварии не загрязняют радиоактивными отходами окружающее пространство.2) The starting materials and reaction products are non-radioactive, non-hazardous and harmless, do not produce radioactive waste during the reaction, and in the event of an accident do not pollute the surrounding area with radioactive waste.
3) Стоимость горючего в сотни раз дешевле стоимости расщепляющихся материалов для используемых в настоящее время атомных реакторов.3) The cost of fuel is hundreds of times cheaper than the cost of fissile materials for currently used nuclear reactors.
4) Запасы исходных материалов для ядерных реакций практически беспредельны4) The stockpiles of raw materials for nuclear reactions are practically unlimited
и др.and etc.
В предложенном способе производства энергии путем низкотемпературного ядерного синтеза кулоновский барьер атомного ядра не подвергается предварительным силовым воздействиям, характерным для термоядерного синтеза и ”холодного” ядерного синтеза, а также атомные ядра не изменяют своего энергетического состояния. Механизм преодоления кулоновского барьера заключается в том, что один из реагентов (литий-7) выполнен в виде мишени и помещен в активную зону реактора. Второй реагент представлен в виде нейтронов, излучаемых специальным генератором. Нейтроны замедляются, облучают реагент и происходит радиационный захват нейтронов ядрами реагента. Медленные нейтроны беспрепятственно проходят через кулоновский барьер, не требуя изменения энергетического состояния или силового воздействия на кулоновский барьер. Затем захваченные ядром нейтроны превращаются частично в протоны с излучением электронов высокой энергии, сливаются с исходным ядром и образуют новое ядро бериллия-8, которое немедленно распадается на две альфа-частицы.In the proposed method for producing energy by low-temperature nuclear fusion, the Coulomb barrier of the atomic nucleus is not subjected to preliminary force impacts characteristic of thermonuclear fusion and “cold” nuclear fusion, and atomic nuclei do not change their energy state. The mechanism for overcoming the Coulomb barrier is that one of the reagents (lithium-7) is made in the form of a target and placed in the reactor core. The second reagent is presented in the form of neutrons emitted by a special generator. Neutrons are slowed down, irradiate the reagent, and there is radiation capture of neutrons by the reagent nuclei. Slow neutrons freely pass through the Coulomb barrier, without requiring a change in the energy state or force acting on the Coulomb barrier. Then the neutrons captured by the nucleus are partially converted into protons with the emission of high-energy electrons, merge with the original nucleus and form a new beryllium-8 nucleus, which immediately decays into two alpha particles.
Проверим справедливость полученного результата.Check the validity of the result.
В соответствии с законом сохранения энергии выделенная энергия в результате экзотермической ядерной реакции должна соответствовать увеличению энергии связи ядра.In accordance with the law of conservation of energy, the released energy as a result of an exothermic nuclear reaction must correspond to an increase in the binding energy of the nucleus.
Известно, что энергия связи ядра лития-7 равна 39,57 МэВ.It is known that the binding energy of the lithium-7 nucleus is 39.57 MeV.
Энергия связи бериллия-8 равна 56,86 МэВ.The beryllium-8 binding energy is 56.86 MeV.
Отсюда ЕСВ=56,86-39,57=17,29 МэВ. Энергия связи изменилась на 17,29 МэВ. Здесь 0,1 МэВ соответствует энергии разлета альфа-частиц.Hence, E CB = 56.86-39.57 = 17.29 MeV. The binding energy has changed by 17.29 MeV. Here, 0.1 MeV corresponds to the expansion energy of alpha particles.
Таким образом, полученные результаты соответствуют расчетным.Thus, the obtained results correspond to the calculated ones.
Функционально работа реактора заключается в том, что пластины исходного реагента облучаются потоком медленных нейтронов, излучаемых генератором нейтронов. Образованные генератором нейтроны, прежде чем прореагировать, проходят через замедлитель, где замедляется скорость потока нейтронов до требуемой энергии, соответствующей максимальному сечению радиационного захвата нейтронов в ядерном реакторе, ядром исходного реагента.Functionally, the operation of the reactor consists in the fact that the plates of the initial reagent are irradiated with a stream of slow neutrons emitted by the neutron generator. Before reacting, the neutrons formed by the generator pass through the moderator, where the neutron flux slows down to the required energy, corresponding to the maximum cross section of radiation capture of neutrons in a nuclear reactor, by the nucleus of the initial reagent.
Под действием радиационного захвата нейтронов в ядерном реакторе происходит низкотемпературный ядерный синтез и выделение энергии за счет увеличения энергии связи между нуклонами мишени. В процессе реакции низкотемпературного ядерного синтеза расходуются нейтроны, но новые поколения нейтронов не рождаются, как это происходит при делении тяжелых атомных ядер в реакторах современных атомных электростанций. Поставлять нейтроны вынуждены с помощью специального генератора. Одним из возможных способов получения достаточно мощного потока нейтронов, не прибегая к использованию расщепляющихся материалов с использованием тяжелых ядер, является преобразование потока протонов в нейтроны с помощью ускорителя, на что требуется затрата энергии в пределах 2 МэВ на производство одного нейтрона. Для этого используют ускоритель протонов с использованием циклотронов (Фиг.5).Under the influence of radiation capture of neutrons in a nuclear reactor, low-temperature nuclear fusion and energy release occurs due to an increase in the binding energy between the nucleons of the target. During the reaction of low-temperature nuclear fusion, neutrons are consumed, but new generations of neutrons are not born, as is the case with the fission of heavy atomic nuclei in the reactors of modern nuclear power plants. Neutrons are forced to deliver using a special generator. One of the possible ways to obtain a sufficiently powerful neutron flux, without resorting to the use of fissile materials using heavy nuclei, is to convert the proton flux into neutrons using an accelerator, which requires an energy expenditure of 2 MeV to produce one neutron. To do this, use a proton accelerator using cyclotrons (Figure 5).
Для реализации ускорителя протонов этим способом получают множество протонов, нагревая газообразный водород до температуры, при которой ядра водорода, т.е. отдельные протоны, освобождаются от их электронной оболочки. Поскольку все протоны заряжены положительно, электрическое поле будет разгонять их по прямой линии в то время, как магнитное поле изгибает пути протонов, превращая их в окружности.To implement the proton accelerator in this way, many protons are obtained by heating hydrogen gas to a temperature at which the hydrogen nuclei, i.e. individual protons are freed from their electron shell. Since all protons are positively charged, the electric field will accelerate them in a straight line while the magnetic field bends the paths of the protons, turning them into circles.
Комбинируя электрическое и магнитное поля, можно ускорить протоны, движущиеся по окружности, до необходимой энергии и направить их в нужную сторону (например, с выхода блока преобразования протонов в нейтроны непрореагировавшие протоны можно вернуть на вход ускорителя протонов, ускорить их до необходимой энергии и повторить выполнение реакции многократно, увеличивая выход нейтронов). Когда протоны приобретут достаточную энергию (2,5 мэВ), их направляют на мишень, роль которой может играть пластина из лития-7, бора-11 и др. Реакция (p, n) состоит в том, что протоны и нейтроны меняются местами. Примеры реакций:By combining the electric and magnetic fields, it is possible to accelerate protons moving in a circle to the required energy and direct them in the right direction (for example, from the output of the proton to neutron conversion unit, unreacted protons can be returned to the proton accelerator input, accelerate them to the required energy and repeat reactions repeatedly, increasing the neutron yield). When the protons acquire sufficient energy (2.5 meV), they are sent to the target, which can be played by a plate of lithium-7, boron-11, etc. The reaction (p, n) is that the protons and neutrons change places. Reaction examples:
3Li7(p,n)4Be7; 5B11(p,n)6C11 и др. 3 Li 7 (p, n) 4 Be 7 ; 5 B 11 (p, n) 6 C 11 et al.
Для увеличения выхода реакции используют цепь обратной связи (Фиг.4). Протоны, непрореагировавшие в первом цикле и потерявшие часть кинетической энергии на возбуждение электронной оболочки ядер, выделяют из блока преобразования протонов в нейтроны под действием электрического и магнитного полей и направляют их повторно на вход ускорителя, где производят их ускорение до необходимой энергии и повторно направляют в блок преобразования в нейтроны. Так повторяют многократно, что увеличивает выход реакции (см. фиг.4)To increase the yield of the reaction, a feedback circuit is used (Figure 4). Protons that did not react in the first cycle and lost some of the kinetic energy to excitation of the electron shell of the nuclei are isolated from the block for converting protons into neutrons under the influence of electric and magnetic fields and are sent back to the accelerator input, where they are accelerated to the required energy and sent back to the block conversion to neutrons. So repeat many times, which increases the yield of the reaction (see figure 4)
ЦИКЛОТРОН (Фиг.5)CYCLOTRON (Figure 5)
Существенная часть циклотрона - две полые металлические коробки, называемые дуантами. Дуанты немного раздвинуты по диаметру друг от друга и подключены к радиочастотному генератору, работающему на частоте примерно 106 Гц.A significant part of the cyclotron is two hollow metal boxes called duants. Duants are slightly apart in diameter from each other and are connected to an RF generator operating at a frequency of approximately 10 6 Hz.
Дуанты помещают в эвакуированное вакуумное пространство между полюсами мощного магнита, который создает магнитное поле с индукцией до нескольких тесла. Заряженная частица вылетает из источника протонов (1) и направляется в центр между дуантами со скоростью Vo. Магнитное поле действует на частицу с силой Duants are placed in an evacuated vacuum space between the poles of a powerful magnet, which creates a magnetic field with induction up to several tesla. The charged particle flies out from the proton source (1) and is directed to the center between the dees at a speed of V o . The magnetic field acts on the particle with force
Применив второй закон Ньютона, получимApplying Newton’s second law, we obtain
где m - масса частицы.where m is the mass of the particle.
Следовательно, частица движется по полукругу радиусом zo Therefore, the particle moves in a semicircle of radius z o
Траектория частицы внутри дуантов образует некоторую раскручивающуюся спираль. Ускорение продолжается до некоторого максимального радиуса.The trajectory of the particle inside the duants forms a certain untwisting spiral. Acceleration continues to a certain maximum radius.
После этого частицу выводят из циклотрона с энергией, которая эквивалентна энергии, полученной при прохождении разности потенциалов, много большей, чем та, которая создается радиочастотным генератором при однократном ускорении частицы. Частота обращения частицы в циклотроне равна:After this, the particle is removed from the cyclotron with an energy that is equivalent to the energy obtained by passing the potential difference, much larger than that created by the radio-frequency generator during a single acceleration of the particle. The particle revolution frequency in the cyclotron is:
Она не зависит от радиуса r и от значения скорости Максимальная кинетическая энергия частицы, когда она покидает циклотрон, равна:It does not depend on the radius r and the velocity The maximum kinetic energy of a particle when it leaves the cyclotron is:
ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ЯДЕРНОГО СИНТЕЗА.NUCLEAR REACTOR OF LOW-TEMPERATURE NUCLEAR SYNTHESIS.
С выхода блока преобразования протонов в нейтроны нейтроны через тонкую мембрану, отделяющую их от протонов, поступают в область реактора, в которой находится реагент и где происходит низкотемпературный синтез.From the output of the block for converting protons into neutrons, neutrons through a thin membrane separating them from protons enter the region of the reactor where the reagent is located and where low-temperature synthesis takes place.
Для уменьшения непроизводительных расходов нейтронов активная зона реактора ограничена отражателями нейтронов 8 (фиг.2), в качестве которых используют графитовые пластины и графитовую обмазку. Энергия, производимая блоком низкотемпературного ядерного синтеза энергии, производимой современными АЭС в 400-700 раз.To reduce the overhead of neutrons, the reactor core is limited by neutron reflectors 8 (Fig.2), which are used as graphite plates and graphite coating. The energy produced by the unit of low-temperature nuclear synthesis of energy produced by modern nuclear power plants is 400-700 times.
Охлаждение реактора и теплопередача производится по двухконтурной схеме (фиг.3). Это дополнительно гарантирует отсутствие радиоактивности, попадающей в окружающую среду. В первом контуре используется дистиллированная вода, которая прогоняется по трубкам 3 (фиг.2) с помощью насосов 18 (фиг.3), охлаждает реагент и отражатель нейтронов. Нагретая до температуры 280°С дистиллированная вода при 10 МПа поступает в теплообменник 17 (фиг.3), где отдает тепло во второй контур.The cooling of the reactor and heat transfer is carried out according to the dual-circuit scheme (figure 3). This further ensures that no radioactivity is released into the environment. In the first circuit, distilled water is used, which is driven through tubes 3 (FIG. 2) using pumps 18 (FIG. 3), cools the reagent and neutron reflector. Heated to a temperature of 280 ° C, distilled water at 10 MPa enters the heat exchanger 17 (figure 3), where it gives off heat to the secondary circuit.
Во втором контуре вода нагревается в теплообменнике до температуры 260-270°С под давлением 1,25 МПа и испаряется. Пар проходит через сопла турбины, приводя во вращение привод компрессора. Отработавший пар конденсируется и возвращается во второй контур теплообменника.In the second circuit, the water is heated in a heat exchanger to a temperature of 260-270 ° C under a pressure of 1.25 MPa and evaporates. Steam passes through the turbine nozzles, driving the compressor drive. The exhaust steam condenses and returns to the second heat exchanger circuit.
В компрессоре происходит сжатие и нагрев потока воздуха, который создает тяговое усилие.The compressor compresses and heats the air stream, which creates traction.
ЛИТЕРАТУРА:LITERATURE:
1. Журнал ”Авиация и космонавтика".1. Magazine ”Aviation and Cosmonautics".
2. В.Ильин, М.Левин. Современная авиация. Истребители. М., 1996.2. V. Ilyin, M. Levin. Modern aviation. Fighters. M., 1996.
3. Мелькумов Т.М. и др. Ракетные двигатели.3. Melkumov TM and other rocket engines.
4. Баррер и др. Ракетные двигатели. Оборонгиз, 1962, с.29.4. Barrer and other rocket engines. Oborongiz, 1962, p.29.
5. У. Корлис. ”Ракетные двигатели для космических полетов". М.: Изд. ин. литературы, 1962.5. W. Corlis. "Rocket engines for space flights". M: Publishing house of literature., 1962.
6. П.Е.Колпаков. Основы ядерной физики. М., 1969.6. P.E. Kolpakov. Fundamentals of nuclear physics. M., 1969.
7. Евсюков Г.А. Патент №2128374.7. Evsyukov G.A. Patent No. 2128374.
8. Евсюков Г.А. Патент №2123730.8. Evsyukov G.A. Patent No. 2133730.
9. Евсюков Г.А. Патент №2276286.9. Evsyukov G.A. Patent No. 2276286.
10. Патент США №3547380, 1970 г.10. US patent No. 3547380, 1970
ПЕРЕЧЕНЬ ФИГУР, ЧЕРТЕЖЕЙ И ИНЫХ МАТЕРИАЛОВLIST OF FIGURES, DRAWINGS AND OTHER MATERIALS
Фиг.1 Схема самолета.Figure 1 Scheme of the aircraft.
Фиг.2 Ядерный реактор.Figure 2 Nuclear reactor.
1) Пластины исходного реагента,1) Plates of the starting reagent,
2) замедлитель нейтронов,2) neutron moderator,
3) трубки, по которым циркулирует теплоноситель,3) tubes through which the coolant circulates,
4) выход генератора нейтронов,4) the output of the neutron generator,
5) управляющие стержни,5) control rods,
6) элементы генератора нейтронов,6) elements of a neutron generator,
7) корпус реактора,7) reactor vessel,
8) отражатель нейтронов.8) neutron reflector.
Фиг.3 Схема теплоносителя.Figure 3 diagram of the coolant.
16) Ядерный реактор,16) Nuclear Reactor
17) теплообменник,17) heat exchanger
18) циркуляционные насосы,18) circulation pumps
19) турбина,19) turbine
20) конденсатор20) capacitor
21) заборный насос21) intake pump
Фиг.4 Схема преобразователя протонов в нейтроны.Figure 4 Scheme of the proton to neutron converter.
31) Ускоритель протонов,31) proton accelerator,
32) схема преобразования протонов в нейтроны,32) scheme for converting protons to neutrons,
33) схема выделения протонов,33) proton extraction scheme,
34) схема обратной связи.34) feedback scheme.
Фиг.5 Схема циклотронного генератора нейтронов.Figure 5 Scheme of the cyclotron neutron generator.
51) Емкость с водородом,51) capacity with hydrogen,
52) подогреватель,52) heater
53) путь движения водорода низкой энергии,53) the path of movement of low-energy hydrogen,
54, 55) схема отделения электронов от ядер водорода в электрическом поле,54, 55) a scheme for separating electrons from hydrogen nuclei in an electric field,
56) циклотрон,56) cyclotron,
57) дуанты,57) duants,
58) радиочастотный генератор,58) radio frequency generator,
59) мишень преобразователя протонов в нейтроны,59) the target of the proton to neutron converter,
60) отражатель протонов.60) proton reflector.
Фиг.6 Схема теплообменника.6 is a diagram of a heat exchanger.
Фиг.7 Схема турбины.Fig. 7 Turbine diagram.
а) Схема устройства паровой турбины;a) Steam turbine design;
б) Расположение направляющихся лопаток (а) и рабочих лопаток (б), закрепленных на валу турбины. b) The location of the guide vanes (a) and rotor blades (b), mounted on the turbine shaft.
СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ БЕСПИЛОТНОГО САМОЛЕТА С ЯДЕРНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ.INFORMATION CONFIRMING THE POSSIBILITY OF IMPLEMENTING AN UNMANNED AIRCRAFT WITH A NUCLEAR ENGINE.
ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ САМОЛЕТА.DESCRIPTION OF THE PLANE DESIGN.
Беспилотный самолет с ядерным двигателем, предназначенный для выполнения разведывательных и диверсионных заданий в тылу врага, включающий фюзеляж, выполненный по нормальной аэродинамической схеме с высокорасположенным крылом, двухкилевым вертикальным оперением и цельноповоротным стабилизатором с дифференциальным управлением; крыло-трехлонжеронное, на задней кромке установлены закрылки и элероны, на каждой консоли - аэродинамический гребень; шасси трехопорное, основные стойки убираются в фюзеляж, имеют по одному колесу большого диаметра, обеспечивающему проходимость по грунтовым аэродромам; силовая установка состоит из ядерного реактора низкотемпературного ядерного синтеза, генератора нейтронов, компрессора; ядерная энергия производится путем радиационного захвата реагентом медленных нейтронов, производимых генератором нейтронов, и преобразования части избыточных нейтронов в протоны с последующим соединением их с ядрами реагента, это обеспечивает увеличение энергии связи ядер мишени, в качестве которой используют изотоп литий-7.An unmanned aircraft with a nuclear engine, designed to carry out reconnaissance and sabotage missions behind enemy lines, including a fuselage made according to the normal aerodynamic scheme with a high wing, two-keel vertical tail and an all-turning stabilizer with differential control; three-spar wing, flaps and ailerons are installed at the trailing edge, an aerodynamic ridge on each console; the tricycle landing gear, the main struts are retracted into the fuselage, have one large-diameter wheel, providing patency on unpaved airfields; the power plant consists of a nuclear reactor of low temperature nuclear fusion, a neutron generator, a compressor; nuclear energy is produced by the reagent’s capture of slow neutrons produced by a neutron generator and the conversion of part of the excess neutrons into protons, followed by their connection with the reagent nuclei, this provides an increase in the binding energy of the target nuclei, which is used as the lithium-7 isotope.
Ядерный двигатель состоит из следующих конструктивных узлов:A nuclear engine consists of the following structural units:
1) Ядерного реактора (Фиг.2)1) Nuclear reactor (Figure 2)
2) Схемы преобразования протонов в нейтроны (Фиг.4, 5).2) Schemes for the conversion of protons into neutrons (Figs. 4, 5).
В исходном состоянии все составляющие компоненты представляют собой нерадиоактивные, стабильные и безвредные вещества, не представляющие опасности обслуживающему персоналу и окружающей природе.In the initial state, all constituent components are non-radioactive, stable and harmless substances that do not pose a danger to maintenance personnel and the environment.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ДВИГАТЕЛЯ.PRINCIPLE OF ACTION OF THE ENGINE.
Для запуска двигателя необходимо:To start the engine, you must:
1. Включить электропитание электромагнитов ускоряющих циклотронов (Фиг.5).1. Turn on the power supply of the electromagnets of the accelerating cyclotrons (Figure 5).
2. Включить электропитание радиочастотного генератора 58 (Фиг.5).2. Turn on the power of the RF generator 58 (Figure 5).
3. Включить электропитание нагревателя водорода 52 (Фиг.5).3. Turn on the power to the hydrogen heater 52 (Figure 5).
4. Включить подачу водорода в блок ускорения протонов 31 (Фиг.4).4. Turn on the hydrogen supply to the proton acceleration unit 31 (Figure 4).
Поток водорода нагревается до температуры, при которой протоны отделяются от электронной оболочки и разгоняются под действием электрического поля. Магнитное поле заставляет заряженные частицы двигаться по спирали. При этом энергия частицы возрастает с каждым оборотом. По достижении энергии частиц порядка 2,5 МэВ заряженные частицы направляются на мишень 59 (Фиг.5), преобразуя протоны в нейтроны. Реакция (p, n) состоит в том, что протоны и нейтроны как бы меняются местами. Примеры таких реакций:The flow of hydrogen is heated to a temperature at which protons separate from the electron shell and accelerate under the influence of an electric field. The magnetic field causes the charged particles to move in a spiral. In this case, the particle energy increases with each revolution. Upon reaching an energy of particles of the order of 2.5 MeV, the charged particles are directed to the target 59 (Figure 5), converting protons into neutrons. The reaction (p, n) consists in the fact that protons and neutrons seem to change places. Examples of such reactions:
3Li7(p,n)4Be7; 5B11(p,n)6C11 и др. 3 Li 7 (p, n) 4 Be 7 ; 5 B 11 (p, n) 6 C 11 et al.
Для увеличения выхода реакций используется цепь обратной связи (Фиг.4). Протоны, не прореагировавшие в первом цикле и потерявшие часть эергии на возбуждение электронной оболочки ядер, имеющих кинетическую энергию ниже уровня порога реакции (p, n), выделяются схемой выделения протонов 3 (фиг.4) и под действием электрического и магнитного полей возвращаются на вход блока ускорения протонов для повторного цикла реакции (p, n), увеличивая тем выход реакции. Поток нейтронов, образовавшихся в блоке преобразования протонов в нейтроны, поступает в активную зону реактора к реагенту низкотемпературного ядерного синтеза. В активной зоне ядерного реактора (фиг.2) происходит замедление поступающих нейтронов замедлителем нейтронов 2 (фиг.2), в качестве которого используют графит, и происходит радиационный захват реагентом 1 (фиг.2) медленных нейтронов. В ядрах реагента, облученных медленными нейтронами, осуществляется ядерная реакцияTo increase the yield of reactions, a feedback circuit is used (Figure 4). Protons that did not react in the first cycle and lost some of the ergia to the excitation of the electron shell of nuclei having kinetic energy below the reaction threshold level (p, n) are emitted by the
в результате которой выделяются две положительно заряженные альфа-частицы и энергия 17,2 МэВ и поток β-частиц и γ-излучений, которые передают тепловую энергию с помощью теплоносителя (фиг.3) в турбину и компрессор для нагрева и сжатия захваченного заборником атмосферного воздуха, который создает в соплах тяговое усилие двигателя.as a result of which two positively charged alpha particles and an energy of 17.2 MeV and a stream of β-particles and γ-radiation are released, which transfer thermal energy with the help of a coolant (Fig. 3) to a turbine and compressor for heating and compressing the atmospheric air captured by the intake , which creates the traction of the engine in the nozzles.
Для регулирования тягового усилия двигателя необходимо изменять поток водорода, поступающего в блок преобразования протонов в нейтроны, чем больше интенсивность потока нейтронов, поступающих в ядерный реактор, тем больше тяга двигателя.To regulate the thrust of the engine, it is necessary to change the flow of hydrogen entering the block converting protons into neutrons, the greater the intensity of the flow of neutrons entering the nuclear reactor, the greater the thrust of the engine.
Для выключения двигателя следует:To turn off the engine:
1. Переключить подачу водорода в схему преобразования протонов в нейтроны.1. Switch the hydrogen supply to the proton to neutron conversion circuit.
При этом немедленно прекратится ядерная реакция низкотемпературного ядерного синтеза.In this case, the nuclear reaction of low-temperature nuclear fusion will immediately cease.
2. Выключить электропитание подогревателя водорода.2. Turn off the power to the hydrogen heater.
3. Выключить электропитание радиочастотного генератора.3. Turn off the power to the RF generator.
4. Выключить электропитание электромагнитов ускоряющих циклотронов.4. Turn off the power to the electromagnets of the accelerating cyclotrons.
АВАРИЙНЫЙ РЕЖИМ.EMERGENCY MODE.
Контроль и управление мощностью двигателя производят с помощью автоматической системы, поддерживающей расход водорода в норме на заданном уровне. В случае отказа средств контроля и управления и возникновения угрожающей ситуации используют средства аварийного отключения подачи водорода. При этом прекратятся ядерные реакции.Monitoring and control of engine power is carried out using an automatic system that maintains normal hydrogen consumption at a given level. In the event of a failure of the monitoring and control equipment and the occurrence of a threatening situation, emergency hydrogen shutdown means are used. This will stop nuclear reactions.
СРАВНЕНИЕ С АНАЛОГОМCOMPARISON WITH ANALOGUE
Существующие аналоги самолетов значительно уступают ядерному двигателю, использующему низкотемпературный ядерный синтез.Existing aircraft analogues are significantly inferior to a nuclear engine using low-temperature nuclear fusion.
Его достоинствами являются:Its advantages are:
1. Высокая калорийность горючего материала (мишени) - литий-7, в миллион раз превосходящая калорийность химических топлив.1. High calorific value of the combustible material (target) - lithium-7, a million times higher than the calorific value of chemical fuels.
2. Исходные материалы и продукты ядерных реакций нерадиоактивны, не опасны и безвредны, в процессе не производят радиоактивные отходы, в случае аварии не загрязняют радиоактивными отходами окружающее пространство.2. The starting materials and products of nuclear reactions are non-radioactive, not hazardous and harmless, do not produce radioactive waste in the process, and in the event of an accident they do not pollute the surrounding area with radioactive waste.
3. Стоимость горючего в сотни раз дешевле стоимости расщепляющихся материалов для используемых в настоящее время атомных реакторов.3. The cost of fuel is hundreds of times cheaper than the cost of fissile materials for currently used nuclear reactors.
4. Запасы исходных материалов для ядерных реакций практически беспредельны и др.4. Stocks of raw materials for nuclear reactions are practically unlimited, etc.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009110821/11A RU2407678C2 (en) | 2009-03-24 | 2009-03-24 | Drone plate with nuclear engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009110821/11A RU2407678C2 (en) | 2009-03-24 | 2009-03-24 | Drone plate with nuclear engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009110821A RU2009110821A (en) | 2010-09-27 |
RU2407678C2 true RU2407678C2 (en) | 2010-12-27 |
Family
ID=42940027
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009110821/11A RU2407678C2 (en) | 2009-03-24 | 2009-03-24 | Drone plate with nuclear engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2407678C2 (en) |
-
2009
- 2009-03-24 RU RU2009110821/11A patent/RU2407678C2/en active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009110821A (en) | 2010-09-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10255998B2 (en) | Rotating high-density fusion reactor for aneutronic and neutronic fusion | |
EP1891645B1 (en) | Method and apparatus for heat production | |
RU2566620C2 (en) | Method and fuel for compound-synthesis, air jet engine running on compound-synthesis and turbomachine unit to this end (versions) | |
JP2016109658A (en) | Charged particle beam collision type nuclear fusion reactor | |
RU2407678C2 (en) | Drone plate with nuclear engine | |
CN105609145B (en) | A kind of proton boron fusion nuclear energy device of Accelerator driven | |
WO2019138452A1 (en) | Charged particle beam collision-type nuclear fusion reactor | |
Prager | Nuclear fusion power–an overview of history, present and future | |
US11246210B2 (en) | Laser wake-field acceleration (LWFA)-based nuclear fission system and related techniques | |
Deutsch et al. | Fusion reactions and matter–antimatter annihilation for space propulsion | |
CN103219051B (en) | Controllable continuous deuteron fusion generating systems | |
Thorn et al. | Gaseous-fuel reactor systems for aerospace applications | |
Macleod et al. | A reconsideration of electrostatically accelerated and confined nuclear fusion for space applications. | |
RU2276286C2 (en) | Rocket with nuclear quantum engine | |
WO2023162286A1 (en) | Power generation system and power generation method | |
Petrescu et al. | Modern Methods for Aircraft Power and Propulsion | |
Petrescu et al. | Nano Energy | |
RU2151324C1 (en) | Method for building up reactive thrust of nuclear rocket engine | |
Subotowicz | Propulsion concepts for nuclear matter compression energy and “cold” fusion energy sources in interstellar flight | |
RU2163308C2 (en) | Jet engine for use in low-temperature nuclear fusion | |
Mima et al. | Inertial fusion energy | |
Bolonkin | Thermonuclear Reflect AB-Reactor | |
Evvard | Non-chemical propulsion | |
Cripps | Interactive muon catalyzed and inertial confinement fusion. | |
RU2179343C2 (en) | Method for thermal fission of fissionable material (alternatives) |