Приоритетные направления исследований

В лаборатории проводятся экспериментальные и теоретические исследования физико-химических процессов при ударно-волновом воздействии на микропористые жидкости.

В результате была исследована работа устройства для взрыва проволочки кольцевой геометрии в дейтерированной микропористой жидкости. При барботировании тяжелой воды газообразным дейтерием с высокой степенью достоверности зарегистрирован выход нейтронов (~10⁸ - 10¹⁰ частиц) в импульсе.

Гамма-спектры неактивированного и активированного индия

Результаты расчета потока нейтронов

f – плотность потока нейтронов,
- полный поток «в четыре пи»,
где R- расстояние от мишени до эпицентра реакции

Получены уравнения для описания структуры ударных волн в дейтерированной микропористой жидкости (жидкость с диаметром микропузырьков d~10 - 100 мкм и объемным газосодержанием 0.2 - 0.95) при наличии реакций синтеза легких ядер на основе представлений «двухжидкостной» модели (Ландау, Тамм, Мотт-Смит). Разработаны методы их аналитического и численного решения.

Базовая сиcтема уравнений

Решение задачи о структуре ударной волны

Теоретически исследованы параметры, характеризующие структуру ударной волны в микропористой жидкости: толщина фронта, профиль давлений, температуры в микропузырьках, профиль средней скорости в зависимости от объемного газосодержания и числа Маха. Оценена возможность проведения реакций синтеза легких ядер при различных условиях.

Разработаны методики приготовления микропористой жидкости заданных параметров методом взрывного кипения.

Это перспективное направление, и результаты работ могут быть использованы в энергетике, транспорте, авиационной и пищевой промышленности, быту, водоподготовке, очистке промышленных и сточных вод.

Микропузырьковые технологии используются также и в исследовательских работах по созданию широкодиапазонного гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя.

В ходе работ была разработана и создана рабочая модель прямоточного двигателя, а также модернизировано устройство для производства и впрыска микропористого топлива.

Технологические стадии при получении “активированного пористого топлива”

1. Предварительное барботирование газами под давлением исходного топлива (например, авиационного керосина) с использованием диспергатора;
2. Последующее пропускание его через кавитатор, в котором происходит дальнейшее дробление пузырьков;
3. Ударноволновая обработка газодисперсной смеси;
4. Распыл этой смеси в поток воздуха.

Поджиг небарботированной струи

Поджиг пористого топлива

Горение керосина в сверхзвуковом потоке М=1.3

В результате работ была модернизирована и значительно расширена база измерительного оборудования, экспериментально определены рабочие характеристики стенда и модели прямоточного двигателя;

были исследованы характеристики взаимодействия потока микропористой жидкости со сверхзвуковым потоком, экспериментально изучены процессы поджига и горения керосина в сверхзвуковом потоке в случае применения микропористого топлива;

был решен набор фундаментальных проблем, в частности, задача о структуре ударной волны в микропористой жидкости, а также задача о взаимодействии микропористой струи с набегающим потоком воздуха.

В лаборатории была разработана теоретическая база, и получены первые экспериментальные данные (косвенно подтверждающие возможность реализации эффектов газодинамической кумуляции энергии в кластерной плазме) для создания ядерного детонационного двигателя.

В том числе были созданы экспериментальные установки для получения коллимированного потока нейтронов высокой плотности и для исследования процессов ослабления ударных волн при прохождении пористых сред; получены условия и разработаны методики проведения реакций деления в существенно подкритическом режиме; разработаны и обоснованы методики получения коллимированного нейтронного пучка с высокой плотностью, что дает возможность проводить ядерные превращения с высоким к.п.д. в малом объеме и с низким тротиловым эквивалентом.

Получены условия, когда интенсивность воздействия ударной волны на конструкции может ослабляться на порядок и более. Разработаны и созданы экспериментальные установки для проверки теоретических выводов.

Теоретические и экспериментальные результаты, обосновывающие возможность создания коллимированного пучка нейтронов высокой плотности

Эффективная температура с учетом коллективного взаимодействия, определяется по формуле:

где Е - энергия кластера в Кэв, N - число молекул в кластере, No~120 - число молекул в кластере, для которого выход продукта реакции ²D+²D максимален.

На основе предварительных результатов разработана концепция, обосновывающая возможность практической реализации кластерного синтеза легких ядер.

Принципиальная схема двигательной установки и элементов ее конструкции

Схема работы устройства при срабатывании заряда

Принципиальная схема космического корабля

Создание детонационного космического двигателя позволит в 5 - 10 раз сократить время полета к Марсу, Юпитеру, Ио при существенно большей полезной нагрузке (по сравнению с ЖРД).

Важное преимущество детонационного ядерного двигателя перед ядерными двигателями других конструкций состоит в том, что в данном случае не так остро стоит проблема сброса избыточного тепла в космос. Последнее позволяет существенно уменьшить вес конструкции и удешевить стоимость космического корабля.

Предварительные расчеты показали, что можно получить тягу P = 400 т и удельный импульс J = 5400 с. Это существенным образом превышает параметры для ЖРД по J и электрореактивных ядерных двигателей по P.

Еще одним преимуществом данного детонационного ядерного двигателя перед ЖРД и ядерными двигателями других конструкций является то, что, вместо водорода и кислорода для ЖРД, водорода для целого ряда ядерных двигателей традиционных конструкций, в нем, в качестве вещества - движетеля, предполагается использовать пористый лед, который можно готовить прямо на борту летательного аппарата.

Возможен вариант двигателя для корабля с целью перевозки людей с более высокой скоростью, но с меньшей полезной нагрузкой, и для перевозки грузов с меньшей скоростью, но с большей полезной нагрузкой. Крейсерская скорость в первом случае составляет V = 55 -120 км/c, во втором - V = 40-25 км/c.