Ударно-волновые процессы в газах, жидкостях, твердых телах и плазме.
В лаборатории проводятся работы по исследованию ударных волн в слабоионизированной ионной кластерной плазме.
На базе малоиндуктивного разрядно–зарядного комплекса создана установка для получения слабоионизированной ионной кластерной плазмы с регулируемым дисперсным компонентным составом.
Установка и рабочая камера
Проведены предварительные тестовые испытания установки в различных режимах.
Крепления для проволочки и взрыв проволочки из молибдена
Расчеты структуры ударной волны в кластерной ионной слабоионизированной плазме
Изменение относительной концентрации электронов в зоне поступательной неравновесности во фронте ударной
волны (увеличенный масштаб).
|
Изменение относительной парциальной температуры электронов в зоне поступательной неравновесности во фронте ударной волны.
|
Показана принципиальная возможность достижения на данной установке сформулированных выше целей.
Структура ударной волны в слабоионизиpованной ионной кластерной плазме (с отрицательно заряженными кластерами) качественно отличается от структуры ударной волны в этой плазме (при наличии положительно заряженных кластеров):
а) в случае отрицательно заряженных кластеров электроны тормозятся, и их концентрация резко увеличивается во фронте;
б) в случае положительно заряженных кластеров электроны ускоряются, и их концентрация снижается во фронте.
При сжатии электронов могут реализовываться режимы как адиабатического сжатия, так и и изотермического сжатия, в зависимости от параметров среды и потока.
Электроны во фронте движутся практически со скоростью распространения ударной волны, при этом волна переносит не только импульс, энергию, но и массу. Характер распространения волны сжатия электронов напоминает уединенную волну – солитон.
На конкретных примерах исследовано влияние наработки “горячих” электронов в зоне поступательной неравновесности во фронте УВ на время индукции ряда цепных реакций.
Показана возможность значительного сокращения на один-три порядка времени индукции при распространении слабых ударных волн в слабоионизированной кластерной ионной плазме, в которой в качестве газа носителя используется химически активная газовая смесь, например H2 +O2 или СH4 + O2.
Установка для реализации объемно - диффузионного разряда в дейтерированной микропористой жидкости
Внешний вид установки
Рабочая часть
Работа установки без разряда
Работа устройства в одном из режимов при напряжении V=600 В
Работа устройства при напряжении V=800 В
Принцип работы установки:
Физический принцип работы установки основан на обработке разрядом V=400 -800 В микропористой жидкости (пористого электролита). Во время работы разряда создаются акустические и ударные волны в микропористой среде. Скорость звука в микропористой среде определяется соотношением
где P - давление в микропористой жидкости, ρ- плотность жидкой фазы, φ -объемное газосодержание, κ - показатель политропы.
Откуда видно, что скорость звука можно регулировать двумя способами при заданной жидкой фазе.
Первый способ - регулировка за счет изменения давления в микропористой жидкости.
Второй - путем изменения объемного газосодержания. Однако, при изменении объемного газосодержания меняется и толщина ударных волн, что не всегда приемлемо.
Для того, чтобы не было интенсивного дробления пузырьков при обработке ударными волнами, и осуществлялось однородное обжатие пузырьков, необходимо, чтобы толщина ударной волны была много больше характерного диаметра пузырьков. Однако, при этом могут реализовываться вместо адиабатических режимов, необходимых для получения нужного эффекта, режимы изотермические. Необходимость уменьшения скорости звука в микропористой среде обусловлена тем, что при адиабатическом сжатии пузырьков, температура в них существенным образом в этом случае повышается. При этом резко возрастает вероятность протекания реакций синтеза легких ядер. Поэтому, наряду с регулированием объемного газосодержания, нами использован прием вакуумирования микропористой жидкости.
Пластину из серебра размещаем рядом с рабочей частью реактора. Рядом размещаем бета-счетчик. После работы установки в течение 0,5 минут, отключаем реактор и в течение 2 минут фиксируем показания бета-счетчика. Для сравнения измерения проводились на легкой воде в различных режимах и с использованием тяжелой воды. Из-за отсутствия дейтерия барботирование проводилось воздухом. При этом предполагалось, что из-за акустических процессов во время резкого расширения пузырьков воздух насыщается парами тяжелой воды.
Вакуумирование в данном опыте не производилось. Процесс в реакторе шел при давлении P=1 атм, объемное газосодержание φ =40%. Выявлены оптимальные параметры работы реактора данной геометрии и конструкции. Наиболее оптимальным режимом в данном случае являлся режим при I=1а. В этом случае выход нейтронов по показаниям бета-счетчика примерно в два раза превышал фоновые значения. Причем, интенсивность излучения спадала монотонно. Поэтому объяснить подобное явление наводками, генерируемыми разрядом, затруднительно. Тем более, что в отсутствие тяжелой воды эти наводки не проявлялись.
Проводились три серии испытаний. Показания бета-счетчика стабильно давали значения в 1,5-2 превышающие фоновые в течение первых 30 сек, затем сигнал монотонно убывал в пределах статистического разброса. Снижение эффективности процесса при увеличении тока в реакторе объясняется его перегревом и, соответственно, разрушением рабочей среды. Поэтому на следующем этапе работы будет разрабатываться конструкция реактора с системой охлаждения.
