Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Газофазный ядерный реактивный двигатель (ГфЯРД) — двигатель, в котором для образования реактивной струи используется энергия деления ядерного топлива находящегося в газообразной плазменной форме, и передаваемая эффективному теплоносителю (гелий, водород). Оличается исключительно большой мощностью, теплонапряжением в т.наз «горячей зоне», и высоким удельным импульсом.
История ядерного газофазного двигателя начинает свой путь с конца 50-х годов, в то время когда человечеством была достигнута устойчивая технология производства ядерной энергии в реакторах и был накоплен солидный объём данных о ядерном топливе и его поведении в самых различных условиях эксплуатации. Сама возможность реализации принципов деления ядерного топлива в газообразной фазе предопределила и стремление учёных-атомщиков и разработку газообразного ТВЭЛа. Появилось несколько схем устройства газофазных ядерных реакторов и ракетных двигателей, но существенное отставание в практическом материаловедении от теоритических разработок не позволило создать рабочий образец газофазного реактора и ракетного двигателя по сегодняшний день. Трудности практической реализации оказались весьма велики, и в их ряду: организация устойчивого деления, создание критических условий в ГТВЭЛ (газофазный топливный элемент), подбор тугоплавких конструкционных материалов, и КПД деления топлива, оказались полностью взаимоувязаны и представляют комплексную проблему. В связи с этим разработчики стали вести поиски направлений реализации ГТВЭЛ в области физического удержания урановой плазмы с помощью сверхсильных магнитных полей. В этом направлении был достигнут наиболее ощутимый успех, и в этом прямая заслуга атомщиков-профессионалов России, но как и прежде ещё существует значительная масса технических трудностей. Общий ход и динамика разработки газофазного ядерного реактивного двигателя (равно и реактора) в настоящий момент позволяют утверждать что появление первых серийных и длительно работающих двигателей и реакторов большой мощности и с высокой степенью надёжности - перспектива ближайших 8-12 лет (2019-2029.г.г). Ведущей страной в направлении разработки и конструирования ГФЯРД является Россия.
Принцип работы достаточно прост: в критической сборке реактора расположены специальные ТВЭЛы в которых в зависимости от коструктивного типа ТВЭЛа происходит деление урана, плутония и др в паровой (газообразной) фазе (урановая плазма). Разогретая до десятков тысяч градусов урановая плазма передаёт тепловую энергию теплоносителю (водород, гелий) с помощью лучистого теплообмена, а теплоноситель в свою очередь будучи нагрет до высоких температур и образует реактивную струю с высоким удельным импульсом.
ГТВЭЛ в ГФЯРД подразделятся на различные группы, в зависимости от того как организован процесс деления урановой плазмы. В настоящее время достаточно точно исследованы пять групп ГТВЭЛ, и именно на них базируется та или иная конструкция ГФЯРД. Группы ГТВЭЛ:
Принципиальная схема ГФЯРД с ТВЭЛом полного смешения: (1-бериллиевый замедлитель-отражатель нейтронов, 2-урановая плазма, 3-силовой корпус двигателя, 4-боковой обдув «камеры сгорания», 5-регулирующие стержни (уран,бериллий,поглотитель), 6-подача расплавленного (суспензированного урана), 7-водородные форсунки, 8-урановые (пусковые) стержни, 9-рубашка охлаждения, 10-сопло Лаваля, А- продукты деления урана (осколки), вспомогательные добавки, водород). 
Принципиальная схема ГФЯРД с ТВЭЛом с прозрачной перегородкой (открытый контур): (1-бериллиевый замедлитель-отражатель нейтронов, 2-урановая плазма, 3-силовой корпус двигателя, 4-боковой обдув «камеры сгорания», 5-регулирующие стержни (уран,бериллий,поглотитель), 6-подача расплавленного (суспензированного урана), 7-водородные форсунки, 8-урановые (пусковые) стержни, 9-рубашка охлаждения, 10-сопло Лаваля, 11 - прозрачная перегородка, 12 - охлаждающие каналы в замедлителе. Для уменьшения потерь дорогостоящего урана предложен ТВЭЛ в котором удержание урановой плазмы осуществляется механически, и исключается практически полностью перемешивание урановой плазмы с рабочим телом. Для осуществления такого ТВЭЛа и двигателя на его основе применяется разделение полостей урановой плазмы и рабочего тела с помощью прозрачной перегородки. В качестве материалов для конструирования прозрачной перегородки предложены двуокись кремния, оксид магния и оксид алюминия, так как они практически полностью удовлетворяют как своими физико-механическими свойствами, так и ядерными и оптическими. Энергия из полости с урановой плазмой передаётся рабочему телу с помощью излучения. Так же в конструкции перегородок предусматривается их обдув и охлаждение с помощью инертных газов. В качестве рабочего инертного газа для охлаждения и обдува прозрачной перегородки наиболее эффективен неон и некоторые его смеси с другими инертными газами. Для увеличения оптической плотности рабочего тела (водород) применяется добавление в него паров лития в количестве от 0,3% до 10%.
В конструкции ТВЭЛ с прозрачной перегородкой и замкнутым контуром используются так же передача энергии от урановой плазмы к рабочему телу с помощью излучения, но в отличие от схемы ТВЭЛ с открытым контуром, уран в данном случае циркулирует по замкнутому циклу и после очистки и сгущения вновь направляется в полость ТВЭЛ для энерговыделения. Двигатель на основе данной схемы ТВЭЛ обладает существенно более высокой экономичностью и потери урана в нём относительно невелики. Другим достоинством его является возможность получения не только высокого удельного импульса, но и больших величин удельной тяги (десятки-сотни тонн). Температуры в полости деления урановой плазмы в таком ТВЭЛ достигают 25000 - 30000К
Используется разделение сред в поле центробежных сил за счет разницы в массе рабочего тела и урана. Твэл - цилиндрический канал, в который тангенсально вводится смесь. Силы действующие в вихре компенсируются центробежными силами. Размер выходного сопла выбирается с учетом допустимой потери урана. Наиболее сложно осуществление разделения урана и рабочего тела в вихре при жестком ограничении потери урана. Необходимо оценивать степень турбулизации потока, т.к. она влияет на распределение урана.
Принципиальная схема ГФЯРД с ТВЭЛом струйного типа и открытым контуром: (1-бериллиевый замедлитель-отражатель нейтронов, 2-зона лучистого теплообмена урановой плазмы и рабочего тела, 3-силовой корпус двигателя, 4-боковой обдув «камеры сгорания», 5-регулирующие стержни (уран,бериллий,поглотитель), 6-подача водорода, 7-водородные форсунки, 8-урановые (пусковые) стержни, 9-рубашка охлаждения, 10-сопло Лаваля, 11 -охлаждающие каналы в замедлителе-отражателе, 12 -охлаждающая полость перегородки, 13 -тугоплавкая перегородка застойной зоны, 14 -патрубки подачи расплавленного или суспензированного урана, 15 - патрубок ввода жидкого водорода в рубашку охлаждения, 16- продукты деления урана (осколки), вспомогательные добавки, водород), 17 -урановая струя, 18 - перегретый водород. В конструкции ТВЭЛ струйного типа с открытым контуром применяется специальная перегородка через которую осуществляется впрыск жидкого урана в полость деления, и формирующая застойную зону деления урана. Конструктивно она выполняется из тугоплавкого сплава, имеет охлаждение и способность отражать некоторую часть нейтронов (встроенный отражатель). Делящийся уран в столбе плазмы передаёт тепловую энергию с помощью излучения непосредственно рабочему телу, и частично смешивается с ним. Вынос урана из двигателя с ТВЭЛом такого типа хотя и меньший чем из ТВЭЛа полного смешения, но всё же достаточно велик, и ввиду этого данная схема считается для практического использования неэкономичной и неперспективной.
Принципиальная схема ГФЯРД с ТВЭЛом струйного типа и рециркуляцией урана (замкнутый контур): (1-регулирующие стержни (уран,бериллий,поглотитель), 2-подача жидкого или диспергированного урана, 3-водородные форсунки, 4-силовой корпус двигателя, 5-урановые (пусковые) стержни, 6-охлаждающие каналы в замедлителе-отражателе, 7-рубашка охлаждения, 8-патрубок ввода жидкого водорода в рубашку охлаждения, 9-продукты деления урана (осколки), вспомогательные добавки, водород), 10-сопло Лаваля, 11-,12-,13-,14-,15-,16-бериллиевый замедлитель-отражатель нейтронов,17-боковой обдув «камеры сгорания»,18- столб урановой плазмы ТВЭЛ струйного типа с рециркуляцией урана по замкнутой схеме экономичен и надёжен, но как показали исследования наложение сильного продольного магнитного поля на столб ионизированной урановой плазмы позволяет существенно улучшить геометрию столба урановой плазмы и как следствие повысить не только её устойчивость, но и резко уменьшить смешение паров ядерного топлива с рабочим телом. В настоящее время такая схема является наиболее предпочтительной для создания мощных и долговечных ГФЯРД с наиболее высокими температурами в зоне деления и соответственно с наиболее высоким удельным импульсом. В пределе могут быть достигнуты и использоваться в ТВЭЛах такого типа температуры до 60 000-90 000К (!) и выше, а удельный импульс может быть доведён до 6000-10000 сек. Мнение большинства специалистов рассматривает именно этот тип ТВЭЛ как наиболее вероятный для создания двигателей для полётов к другим планетам.
Приемуществом ГФЯРД перед другими типами и видами реактивных двигателей состоит в том что в нём могут быть реализованы чрезвычайно высокие мощностные характеристики, удельный импульс, и относительно малая масса на единицу мощности. Подобно мощным жидкостным ракетным двигателям, в ГФЯРД может быть получена тяга в сотни и даже тысячи тонн. При этом если химическое топливо позволяет достичь пределного удельного импульса в 600 сек (max'), то в ГФЯРД удельный импульс превышает 1000 сек и может быть доведён до 10 000 сек (max'). Помимо этого ГФЯРД обладает удельной мощностью в десятки и сотни раз большей чем ТФЯРД (твёрдофазый ядерный ракетный двигатель) и более широким спектром топливных композиций (уран-233, уран-235, плутоний-239 и некоторые трансураны).
Основным недостатком ГФЯРД является его радиационная опасность, напрямую зависящая от коэффициента деления урана. При любом, даже самом минимальном выносе урана и его продуктов деления из сопла двигателя, общий объём радиоактивного загрязнения оказывается недопустимо большим. Вынос газообразного урана и радиоактивных продуктов его деления, представляет серьёзную экологическую опасность и исключает возможность применения ГФЯРД для старта с Земли. Единственно приемлемым способом его эксплуатации является использование ГФЯРД для разгона космических кораблей и иных грузов исключительно в космическом пространстве, а также на иных планетах и их спутниках (допускающих возможность загрязнения).
Зависимость теоретической удельной тяги от молекулярного веса рабочего тела и температуры в камере сгорания (реакторе). 1 — область соверемнных ЖРД, 2 — область водорода и гелия. Некоторые доступные и перспективные делящиеся изотопы приемлемые для обеспечения ГФЯРД энергией
| 233U | 171,5 | 19,04 | ||
| 235U | 172,7 | 19,04 | ||
| 239Pu | 178,6 | 19,84 | ||
| 243Am | 177,5 | 13,67 | ||
| 245Cm | 189,4 | 13,,51 | ||
| 251Cf | 185,0 | 15,1 | ||
| 252Cf | 190 | 15,1 |
Значение ГФЯРД для освоения космического пространства весьма велико, так как именно в таком двигателе на сегодняшний день может быть реализована не только очень большая тяга и общий энергозапас, но и ввиду громадного удельного импульса очень высокие скорости до которых может быть разогнан пилотируемый или непилотируемый космический аппарат. Достижение возможности ускорения космических кораблей до сотен и первых тысяч километров в секунду открывает путь пилотируемым полётам к самым отдалённым уголкам Солнечной системы (Пояс Койпера) за разумно короткие сроки. Помимо этого применение ГФЯРД позволит обеспечить практическое освоение и колонизацию Луны и Марса. Гигантские величины удельной тяги ГФЯРД позволят осуществлять быструю буксировку достаточно крупных астероидов с ценными полезными ископаемыми или запасами необходимых элементов требуемых в процессах терраформирования планет.
traditio.wiki
Идея бросать за корму атомные бомбы в проекте "Орион" оказалась слишком брутальной, но объемы энергии, которые дает реакция ядерного расщепления, не говоря уже о синтезе, крайне привлекательны для космонавтики. Поэтому было создано множество не-импульсных систем, избавленных от проблем с хранением сотен ядерных бомб на борту и циклопических амортизаторов. О них сегодня мы и поговорим.
Что такое ядерная реакция? Если объяснять очень просто, картина будет примерно следующая. Из школьной программы мы помним, что вещество состоит из молекул, молекулы из атомов, а атомы - из протонов, электронов и нейтронов (есть уровни ниже, но нам хватит и этого). Некоторые тяжелые атомы имеют интересное свойство - если в них попадает нейтрон, они распадаются на более легкие атомы и выпускают несколько нейтронов. Если эти выпущенные нейтроны попадут в находящиеся рядом другие тяжелые атомы, распад повторится, и мы получим цепную ядерную реакцию. Движение нейтронов с большой скоростью означает, что это движение превращается в тепло при замедлении нейтронов. Поэтому атомный реактор - это очень мощный нагреватель. Им можно кипятить воду, полученный пар направить на турбину, и получить атомную электростанцию. А можно нагревать водород и выбрасывать его наружу, получив ядерный реактивный двигатель. Из этой идеи родились первые двигатели - NERVA и РД-0410.
Водород из бака поступал в реактор, нагревался там, и выбрасывался наружу, создавая реактивную тягу. Водород был выбран как рабочее тело потому, что у него легкие атомы, и их проще разогнать до большой скорости. Чем больше скорость реактивного выхлопа - тем эффективнее ракетный двигатель.Отражатель нейтронов использовался для того, чтобы нейтроны возвращались обратно в реактор для поддержания цепной ядерной реакции.Управляющие стержни использовались для управления реактором. Каждый такой стержень состоял из двух половин - отражателя и поглотителя нейтронов. Когда стержень поворачивался отражателем нейтронов, их поток в реакторе увеличивался и реактор повышал теплоотдачу. Когда стержень поворачивался поглотителем нейтронов, их поток в реакторе уменьшался, и реактор понижал теплоотдачу.Водород также использовался для охлаждения сопла, а теплый водород от системы охлаждения сопла вращал турбонасос для подачи новых порций водорода.
Двигатель в работе. Водород поджигался специально на выходе из сопла во избежание угрозы взрыва, в космосе горения бы не было.
Двигатель NERVA создавал тягу 34 тонны, примерно в полтора раза меньше двигателя J-2, стоявшего на второй и третьей ступенях ракеты "Сатурн-V". Удельный импульс составлял 800-900 секунд, что было в два раза больше лучших двигателей на топливной паре "кислород-водород", но меньше ЭРД или двигателя "Ориона".
Советский двигатель РД-0410 имеет похожую историю. Идея двигателя родилась в конце 40-х годов среди пионеров ракетной и ядерной техники. Как и в проекте Rover первоначальной идеей была атомный воздушно-реактивный двигатель для первой ступени баллистической ракеты, затем разработка перешла в космическую отрасль. РД-0410 разрабатывался медленнее, отечественные разработчики увлеклись идеей газофазного ЯРД (об этом будет ниже). Проект был начат в 1966 году и продолжался до середины 80-х годов. В качестве цели для двигателя называлась миссия "Марс-94" - пилотируемый полёт на Марс в 1994 году.Схема РД-0410 аналогична NERVA - водород проходит через сопло и отражатели, охлаждая их, подается в активную зону реактора, нагревается там и выбрасывается.По своим характеристикам РД-0410 был лучше NERVA - температура активной зоны реактора составляла 3000 К вместо 2000 К у NERVA, а удельный импульс превышал 900 с. РД-0410 был легче и компактней NERVA и развивал тягу в десять раз меньше.
Испытания двигателя. Боковой факел слева внизу поджигает водород во избежание взрыва.
Идея была предложена в 1991 году Робертом Зубриным и, по различным подсчетам, обещает удельный импульс от 1300 до 6700 с при тяге, измеряющейся тоннами. К сожалению, подобная схема имеет и недостатки:
Газофазный ЯРД обещает удельный импульс до 3000-5000 секунд. В СССР был начат проект газофазного ЯРД (РД-600), но он не дошёл даже до стадии макета."Открытый цикл" означает, что ядерное топливо будет выбрасываться наружу, что, конечно, снижает КПД. Поэтому была придумана следующая идея, диалектически вернувшаяся к твердофазным ЯРД - давайте окружим область ядерной реакции достаточно термостойким веществом, которое будет пропускать излучаемое тепло. В качестве такого вещества предложили кварц, потому что при десятках тысяч градусов тепло передается излучением и материал контейнера должен быть прозрачным. Получился газофазный ЯРД закрытого цикла, или же "ядерная лампочка":
В этом случае ограничением для температуры активной зоны будет термическая прочность оболочки "лампочки". Температура плавления кварца 1700 градусов Цельсия, с активным охлаждением температуру можно повысить, но, в любом случае, удельный импульс будет ниже открытой схемы (1300-1500 с), но ядерное топливо будет расходоваться экономней, и выхлоп будет чище.
Ещё более интересная идея состоит в создании пылевой плазмы (вспомним "плазменный кристалл" на МКС) из делящихся материалов, в которой продукты распада наночастиц ядерного топлива ионизируются электрическим полем и выбрасываются наружу, создавая тягу:
Обещают фантастический удельный импульс в 1 000 000 секунд. Энтузиазм охлаждает тот факт, что разработка находится на уровне теоретических изысканий.
lozga.livejournal.com
Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Радиоизотопный реакти́вный дви́гатель (РРД) — тип реактивного двигателя предназначенный для полётов в космосе с использованием тепла высокотемпературного радиоизотопного нагревательного элемента (РИТ) для подогрева теплоносителя (водород, гелий). Отличается малой мощностью, и не может использоваться в качестве основного (маршевого) двигателя для космических аппаратов.
В качестве радиоизотопного топлива в радиоизотопном реактивном двигателе могут быть применены различные изотопы элементов, но предпочтение отдаётся приемущественно долгоживущим изотопам способным к образованию тугоплавких композиций. Лучшими изотопами для РРД являются уран-232, плутоний-238. Могут быть применены также: полоний-210, стронций-90 и др, но их энергозапас, дороговизна и недостаточные физические характеристики исключают их широкое применение. Плутоний-238 в виде карбида плутония или сплавов карбида плутония с другими тугоплавкими карбидами является достаточно высокоэффективным материалом рабочей зоны РРД. Наивысшие характеристики по удельному импульсу и мощности (сравнимо с ядерными двигателями) может обеспечить применение урана-232 в виде монокарбида в сплаве с карбидами тантала и гафния, так как отсутствуют ограничения на поглощение нейтронов. Подобные топливные сборки способны устойчиво работать при температуре 4000°С, что почти на тысячу градусов выше чем в ТЯРД, и способны обеспечить удельный импульс на водороде до 1500 сек, а тяги до нескольких тонн.
В качестве рабочего тела в радиоизотопном реактивном двигателе используется водород, но также (с меньшей эффективностью) может быть использован аргон, вода, гелий, аммиак или азот.
Основным недостатком радиоизотопного двигателя является необходимость применения дорогостоящих изотопов и невозможность регулирования скорости распада рабочего изотопа.
traditio.wiki
Изобретение предназначено для использования в космической технике. Бинарный космический двигатель /БКД/ представляет собой комбинированный компактный двигатель, содержащий в передней части нейтронный облучатель, соединенный с микротермоядерным реактором и переходящий в центральный канал. Спарен с электронным ракетным двигателем /ЭРД/. БКД содержит бак с жидким водородом, водородную трубу, насос, выход газов и турбину. В передней части ядерного ракетного двигателя литиевая трубка с литием-6 через насос и нейтронный облучатель соединена с микроядерным реактором, соединенным с центральным каналом, заканчивающимся магнитным соплом, выдавливающим и ускоряющим ионизированный водород. Изобретение позволяет создать импульс более 3
107 м/с. 3 ил.
Бинарный космический двигатель (БКД) представляет собой комбинированный компактный двигатель, содержащий в передней части нейтронный облучатель, соединенный с микротермоядерным реактором, переходящим в электрический (электронный) ракетный двигатель (ЭРД). Предназначен для скоростных космических кораблей.
Прототипом является ядерный ракетный двигатель (ЯРД), содержащий корпус (с расположенными в нем элементами двигателя), бак с жидким водородом, соединенный через насос, зону нагрева (реактор) и турбину с центральным каналом, заканчивающимся зоной ускорения сопла с электрическим ракетным двигателем, включающим кольцевидные анод и катод, и ядерный реактор (Корлисс У.Р. "Ракетные двигатели для космических полетов", Издательство иностранной литературы, М., 1962, с. 322-323, фиг. 107). ЯРД в 22 раза создает меньше энергии, чем при реакции ядерного синтеза литий-6 + нейтрон и в 84,5 раза меньше, чем при термоядерной реакции дейтерий + тритий. Кроме того ЯРД образует большое количество радиоактивных отходов, которые являются балластом для космического корабля. Использование энергии термоядерного синтеза для получения импульса более 3 107 м/с. На фиг. 1 изображен продольный разрез термоядерного космического двигателя, расположенного в верхней трети космического корабля, корпус которого имеет большую площадь и служит нейтрализатором положительного объемного заряда при работе электронного ЭРД. На фиг. 2 изображен продольный разрез нейтронного облучателя с микротермоядерным реактором. На фиг. 3 изображен продольный разрез электронного ЭРД. Космический бинарный двигатель содержит корпус ядерного ЯРД 1, литиевую трубку 2 с литием-6, насос 3, закачивающий литий-6 в нейтронный облучатель 4, который медленными нейтронами облучает литий-6, кольцевидный катод 5 (фиг. 2), активную зону 6, где замедлитель нейтронов 7 из оксида бериллия замедляет нейтроны. Карбид плутония 8 излучает нейтроны с энергией 1000 МВт. Отражатель нейтронов из оксида бериллия 9 отражает нейтроны, а соленоидная катушка 10 создает с кольцевым анодом 11 асимметричное магнитное поле. Под действием силы Ампера ядерное топливо проходит в микротермоядерный реактор 12, содержащий дейтериевую трубку 13, насос 14, закачивающий дейтерий в активную зону 15 для термоядерной реакции образовавшегося трития с поступающим дейтерием. Стенка 16 реактора выполнена из карбида циркония с зеркальным покрытием и окружена соленоидной катушкой 17, защищающей стенку реактора. Бак 18 с жидким водородом водородной трубой 19 через насос 20 соединен с рубашкой. Труба 21 для воздуха используется, когда в баке вместо водорода находится жидкий азот. Насос 22 закачивает воздух в рубашку. Рубашка 23 охлаждает соленоидную катушку, стенку центрального канала и нагревает газ. Газовая труба 24 через турбину соединена с центральным каналом. Горячий газ вращает турбину 25 с электрогенератором 26, который вырабатывает электроэнергию. К электросети подключены аккумулятор 27 и резонансный конденсатор 28. Двигатель содержит центральный канал 29. Соленоидная катушка 30 защищает катод, анод, стенку центрального канала и создает с анодом асимметричное магнитное поле. В зоне ускорения под действием силы Ампера ускоряется ионизированный водород. Стенка 31 центрального канала выполнена из карбида циркония (температура плавления 3800oC) с зеркальным покрытием. Электрический ракетный двигатель содержит кольцевидный катод 32 и кольцевидный анод 33. Магнитное сопло 34 выдавливает и ускоряет ионизированный водород, создавая тяговую силу. На фиг. 3 изображен продольный разрез электронного ЭРД. Двигатель содержит корпус 35. Полушаровидный катод 36 имеет форму половины полого шара. Соленоидная катушка 37 защищает кольцевидный анод от электронов и создает с анодом асимметричное магнитное поле. Под действием силы Ампера ускоряются электроны. Двигатель содержит кварцевый изолятор 38 и кольцевидный анод 40. Магнитное сопло выжимает и ускоряет электроны. Работа двигателя осуществляется следующим образом. По трубке 2 литий-6 закачивается насосом 3 в нейтронный облучатель 4. Облученный литий и тритий движутся в микротермоядерный реактор 12, в котором происходит термоядерная реакция образовавшегося трития с поступающим дейтерием по трубке 13 с выделением большого количества энергии. Из бака с жидким водородом 18 по трубке 19 насосом 20 закачивается водород в рубашку 23. Водород нагревается, проходя по газовой трубе 24, вращает турбину 25 с электрогенератором 26, соединенным с аккумулятором 27 и резонансным конденсатором 28. Горячий водород проходит в центральный канал 29 и превращается в ионизированный водород, выходя из сопла 34, создает тяговую силу. Электронный ЭРД 35 расположен в нижней части космического корабля. При включении катод 36 излучает электроны с высокой энергией. Соленоидная катушка 37 вокруг кварцевого изолятора 38 и кольцевидный анод 39 создают асимметричное магнитное поле в зоне ускорения. Под действием силы Ампера ускоряются электроны, которые выжимаются и ускоряются магнитным соплом 40. Выходя из магнитного сопла, они создают тяговую силу с импульсом до 2 108 м/с.Формула изобретения
Бинарный двигатель, содержащий корпус, бак с жидким водородом, соединенный через насос, зону нагрева и турбину с центральным каналом, заканчивающимся зоной ускорения сопла с электрическим ракетным двигателем, включающим кольцевидные анод и катод и ядерный реактор, отличающийся тем, что ядерный реактор выполнен в виде микротермоядерного реактора с соленоидной катушкой, соединенного с дейтериевой трубкой с дейтерием и через нейтронный облучатель, включающий отражатель нейтронов из оксида бериллия, с литиевой трубкой с литием-6, причем выход микротермоядерного реактора соединен с центральным каналом, который окружен второй соленоидный катушкой, а корпус является нейтрализатором положительного объемного заряда.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3www.findpatent.ru
Термоядерный ракетный двигатель (ТЯРД) — перспективный ракетный двигатель для космических полётов, в котором для создания тяги предполагается использовать истечение продуктов управляемой термоядерной реакции или рабочего тела, нагретого за счёт энергии термоядерной реакции.
В настоящее время предложены 2 варианта конструкции ТЯРД :
В первом случае принцип действия и устройство ТЯРД выглядят следующим образом: основной частью двигателя является реактор, в котором происходит управляемая реакция термоядерного синтеза. Реактор представляет собой полую «камеру» цилиндрической формы, открытую с одной стороны, т. н. установку термоядерного синтеза схемы «открытая ловушка» (также именуемую «магнитная бутылка» или пробкотрон). «Камера» реактора вовсе не обязательно (и даже нежелательно) должна быть цельно-герметичной, скорее всего она будет представлять собой легкую размеростабильную ферму, несущую катушки магнитной системы. В настоящее время наиболее перспективной считается схема т. н. «амбиполярного удержания» или «магнитных зеркал» (англ. tandem mirrors), хотя возможны и другие схемы удержания: газодинамические ловушки, центробежное удержание, обращенное магнитное поле (FRC). По современным оценкам, длина реакционной «камеры» составит от 100 до 300 м при диаметре 1-3 м. В камере реактора создаются условия, достаточные для начала термоядерного слияния компонентов выбранной топливной пары (температуры порядка сотен миллионов градусов, факторы критерия Лоусона). Термоядерное топливо — предварительно нагретая плазма из смеси топливных компонентов — подаётся в камеру реактора, где и происходит постоянная реакция синтеза. Генераторы магнитных полей (магнитные катушки той или иной конструкции), окружающие активную зону, создают в камере реактора поля большой напряжённости и сложной конфигурации, которые удерживают высокотемпературную термоядерную плазму от соприкосновения с конструкцией реактора и стабилизируют происходящие в ней процессы. Зона термоядерного «горения» (плазменный факел) формируется по продольной оси реактора. Полученная плазма, направляемая магнитными управляющими системами, истекает из реактора через сопло, создавая реактивную тягу.
Следует отметить возможность многорежимности ТЯРД. Путём впрыска в струю плазменного факела относительно холодного вещества можно резко повысить общую тягу двигателя (за счет снижения удельного импульса), что позволит кораблю с ТЯРД эффективно маневрировать в гравитационных полях массивных небесных тел (например больших планет) где зачастую требуется большая общая тяга двигателя. По общим оценкам, ТЯРД такой схемы может развивать тягу от нескольких килограммов вплоть до десятков тонн при удельном импульсе от 10 тыс. сек до 4 млн. сек. Для сравнения, показатель удельного импульса наиболее совершенных химических ракетных двигателей — порядка 450 сек.
Двигатель второго типа — инерционный импульсный термоядерный двигатель. В реакторе такого двигателя управляемая термоядерная реакция проходит в импульсном режиме (доли мкс с частотой 1-10Гц), при периодическом обжатии и разогреве микромишеней (топливных «таблеток»), содержащих термоядерное топливо. Первоначально предполагалось использовать лазерно-термоядерный двигатель (ЛТЯРД). Такой ЛТЯРД предлагался, в частности, для межзвёздного автоматического зонда в проекте «Дедал». Его основой и был реактор, работающий в импульсном режиме. В сферическую камеру реактора подаётся топливная таблетка с термоядерным топливом (например, дейтерий и тритий) — сложная конструкция сфер из смеси замороженных топливных компонентов в оболочке диаметром несколько миллиметров. На внешней части камеры находятся мощные — порядка сотен тераватт — лазеры, наносекундный импульс излучения которых через оптически прозрачные окна в стенах камеры попадает на топливную таблетку. При этом на поверхности топливной таблетки создается зона с температурой более 100 млн. градусов при давлении в миллионы атмосфер — условия, достаточные для начала термоядерной реакции. Происходит термоядерный микровзрыв мощностью в несколько сотен килограммов в тротиловом эквиваленте. Частота таких взрывов в камере в проекте «Дедал» — порядка 250 в секунду, что требовало подачи топливных мишеней со скоростью более 10 км/с при помощи электромагнитной пушки. Расширяющаяся плазма вытекает из открытой части камеры реактора через сопло соответствующей конструкции, создавая реактивную тягу. На сегодняшний день уже теоретически и практически доказано, что лазерный метод обжатия/разогрева топливных таблеток — тупиковый путь: невозможно построить лазеры такой мощности с достаточным ресурсом. Поэтому в настоящее время для инерциального синтеза рассматривается вариант с ионно-пучковым обжатием/нагревом топливных таблеток, как более эффективный, компактный и с гораздо большим физическим ресурсом. Тем не менее, в Ливерморской национальной лаборатории имени Эрнеста Лоуренса с 2013 года более четырёх раз в процессе экспериментов на 192 лазерной установке National Ignition Facility получили энергии больше, чем было затрачено для инициации реакции [1].
Однако есть мнение, что инерционно-импульсный ТЯРД получится слишком громоздким из-за очень больших циркулирующих в нём мощностей при худших, чем у ТЯРД с магнитным удержанием, удельном импульсе и тяге, что вызвано импульсно-периодическим характером его действия. Идеологически к ТЯРД на инерционно-импульсном принципе примыкают взрыволёты на термоядерных зарядах типа проекта «Орион».
ТЯРД может использовать различные виды термоядерных реакций в зависимости от вида применяемого топлива. В частности, на настоящее время принципиально осуществимы следующие типы реакций:
2H + 3H = 4He + n при энергетическом выходе 17,6 МэВ
Такая реакция наиболее легко осуществима с точки зрения современных технологий, даёт значительный выход энергии, топливные компоненты относительно дёшевы. Недостаток её — весьма большой выход нежелательной (и бесполезной для прямого создания тяги) нейтронной радиации, уносящей большую часть выходной энергии реакции и, как следствие, резко снижающей КПД двигателя. Тритий радиоактивен, период его полураспада — около 12 лет. То есть долговременное хранение трития невозможно. В то же время, возможно окружить дейтериево-тритиевый реактор оболочкой, содержащий литий: последний, облучаясь нейтронным потоком, превращается в тритий, что в известной степени замыкает топливный цикл, поскольку реактор работает в режиме размножителя (бридера). Таким образом, топливом для D-T-реактора фактически служат дейтерий и литий.
2H + 3He = 4He + p. при энергетическом выходе 18,3 МэВ
Условия её достижения значительно сложнее. Гелий-3, кроме того, редкий и чрезвычайно дорогой изотоп. В промышленных масштабах на настоящее время не производится. Кроме того, что энергетический выход этой реакции выше, чем у D-T-реакции, она имеет следующие дополнительные преимущества:
При реакции D-3He в форме нейтронов выделяется всего около 5% мощности (против 80% для D-T). Около 20% выделяется в форме рентгеновского излучения. Вся остальная энергия может быть непосредственно использована для создания реактивной тяги. Таким образом, реакция D-3He намного более перспективна для применения в реакторе ТЯРД.
Реакция между ядрами дейтерия (D-D, монотопливо) D + D —> 3He + n при энергетическом выходе 3,3 МэВ, и
D + D —> T + p+ при энергетическом выходе 4 МэВ. Нейтронный выход в этой реакции весьма значителен.
Возможны и некоторые другие типы реакций:
p + 6Li → 4He (1.7 MeV) + 3He (2.3 MeV) 3He + 6Li → 2 4He + p + 16.9 MeV p + 11B → 3 4He + 8.7 MeVНейтронный выход в указанных выше реакциях отсутствует.
Выбор топлива зависит от многих факторов — его доступность и дешевизна, энергетический выход, лёгкость достижения потребных для реакции термоядерного синтеза условий (в первую очередь, температуры), необходимых конструктивных характеристик реактора и проч. Наиболее перспективны для осуществления ТЯРД т. н. «безнейтронные» реакции, так как порождаемый термоядерным синтезом нейтронный поток (например, в реакции дейтерий-тритий) уносит значительную часть мощности и не может быть использован для создания тяги. Кроме того, нейтронная радиация порождает наведенную радиоактивность в конструкции реактора и корабля, создавая еще одну опасность для экипажа. Реакция дейтерий- гелий-3 является перспективной в том числе и по причине отсутствия нейтронного выхода. В настоящее время предложена ещё одна концепция ТЯРД — с использованием малых количеств антиматерии в качестве катализатора термоядерной реакции.
Идея создания ТЯРД появилась практически сразу после осуществления первых термоядерных реакций (испытаний термоядерных зарядов). Одной из первых публикаций по теме разработки ТЯРД явилась изданная в 1958 году статья Дж. Росса. В настоящее время ведутся теоретические разработки таких видов двигателей (в частности, на основе лазерного термоядерного синтеза) и в целом — широкие практические исследования в области управляемого термоядерного синтеза. Существуют твёрдые теоретические и инженерные предпосылки для осуществления такого типа двигателя в обозримом будущем. Исходя из расчетных характеристик ТЯРД, такие двигатели смогут обеспечить создание скоростного и эффективного межпланетного транспорта для освоения Солнечной системы. Однако реальные образцы ТЯРД на момент 2016 года ещё не созданы.
encyclopaedia.bid
Изобретение относится к области машиностроения, более конкретно - к новому типу автомобильного двигателя. Технический результат изобретения - замена в двигателе энергоносителя в виде нефтепродуктов на энергоноситель в виде изотопов легких элементов при сохранении основной структуры современного автомобиля. Ядерный автомобильный двигатель состоит из следующих частей: цилиндра, поршня, кривошипно-шатунного механизма, механизма синхронизации работы двигателя, ленты с коническими мишенями и бобинами, направляющих валиков, контакта включения лазера и источников электропитания. Для согласования работы частей двигателя применяется механизм синхронизации, включающий передачу из перпендикулярных шестерен, связанную с коленчатым валом, шток и червячную передачу, передвигающую каждую коническую мишень в положение напротив центра поршня. Ведущая шестерня перпендикулярных шестерен имеет через определенные интервалы участки с отсутствием зубцов, вследствие чего на этом участке ведомая шестерня не поворачивается, а лента, на которой укреплены конусы, останавливается. При прохождении указанного участка лазер генерирует импульс излучения, который, падая на коническую мишень, инициирует в вершине конуса сгусток плазмы, вылетающий из нее и падающий на поршень. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Предлагаемый ядерный автомобильный двигатель ЯАД относится к области машиностроения, более конкретно - к новому типу автомобильного двигателя.
Основная цель ЯАД - заменить энергоноситель современных автомобильных двигателей внутреннего сгорания ДВС, применяющий нефтепродукты, на энергоноситель в виде изотопов легких элементов, выделяющих внутриядерную энергию в результате термоядерного синтеза небольшой массы этих элементов. При этой замене сохраняется основная структура современного автомобиля. Необходимость указанной замены энергоносителя обусловлена полной выработкой ряда нефтяных месторождений через несколько десятков лет и стремлением ликвидировать загрязнение окружающей среды отработанными газами.
Предлагаемый ЯАД должен быть по массе и габаритам не больше ДВС и быть экологически безопасным.
Таким образом, прототипом ЯАД является современный двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр, поршень, кривошипно-шатунный механизм, механизм приготовления и поджига энергоносителя, системы охлаждения и смазки и др.
В ЯАД в качестве энергоносителя применяется изотоп гелия - газообразный гелий-3. Выделение внутриядерной энергии происходит в результате ядерной реакции синтеза:
Данная реакция осуществляется в вершине твердотельного конуса (коническая мишень) под воздействием импульса лазерного излучения. Коническая мишень заполняется гелием-3 при изготовлении и устанавливается в результате передвижения ее в положение напротив центра поршня. Указанное излучение, падая на основание конуса, вызывает испарение гелия, создание ударных волн, которые, отражаясь от стенок конуса, сжимают гелий-3 в вершине конуса и увеличивают температуру в нем до термоядерной 107 К.
За время действия лазерного импульса происходит инерциальный термоядерный синтез в режиме "лазерной искры" в малом объеме гелия-3 в вершине конуса. Для возбуждения режима "лазерной искры" требуется значительно меньше энергии лазера, чем для возбуждения режима зажигания сферической мишени.
Таким образом, в вершине конуса образуется под действием "лазерной искры" сжатая плазма, которая прожигает вершину оболочки конуса, вылетает в виде сгустка наружу и падает на поршень. Образование сгустка плазмы и вылет его из вершины конуса подтверждено экспериментально и рассмотрено в ряде научных публикаций. Например, в статье "Импульсное сжатие и нагрев газа в конической мишени". Труды Института общей физики РАН №36, Москва, Наука, 1992 (стр. 19, 41). В режиме "лазерной искры" скорость вылета сгустка плазмы 107 см/с, температура сгустка 103°С.
В ЯАД вылетевший с большой скоростью сгусток плазмы ударяется о верхнюю плоскость поршня и заставляет ее передвигаться. В ЯАД конические мишени укрепляются на эластичной перфорированной ленте, передвигаемой синхронно с поворотом коленчатого вала (см. ниже).
Конструкция ядерного автомобильного двигателя приведена на чертеже, на котором части ЯАД обозначены в соответствии с нижеследующим перечнем.
Ядерный автомобильный двигатель состоит из следующих частей:
1. Цилиндр.
2. Поршень.
3. Кривошипно-шатунный механизм.
4. Коленчатый вал.
5. Механизм синхронизации работы двигателя.
6. Лента с коническими мишенями и бобинами.
7. Направляющие валики.
8. Лазерное устройство.
9. Контакт включения лазера.
10. Источники электропитания.
Части 1-4 служат, как и в любом автомобильном двигателе, для преобразования прямолинейного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. В ЯАД прямолинейное движение поршня происходит под действием сгустка плазмы с температурой 103°С. Поэтому верхнее основание поршня покрыто пластинкой из тугоплавкого материала.
Механизм синхронизации работы двигателя 5 служит для согласования вылета сгустка плазмы с установкой очередного конуса ленты напротив центра основания поршня и нахождением поршня в верхнем положении. Указанный механизм состоит из передачи перпендикулярных шестерен 5.1, штока 5.2, червячной передачи 5.3, которая передвигает ленту на фиксированный шаг.
Рассмотрим цикл работы механизма синхронизации. Ведущая шестерня пары 5.1 имеет через определенный интервал участки с отсутствием зубцов, вследствие чего на этих участках ведомая шестерня пары 5.1 не поворачивается. К моменту начала отсутствия сцепления лента передвигается в положение, когда очередной конус располагается напротив центра поршня. При прохождении каждого из указанных участков срабатывает контакт включения лазера 9, укрепленный на штоке 5.2. При этом лазер генерирует импульс колебаний и создает лазерный луч, который падает на основание конуса и инициирует сгусток плазмы, вылетающий в направлении поршня. После прохождения указанного участка ведущая шестерня пары 5.1 вновь входит в зацепление с ведомой, и передвигается лента. Каждый раз в момент остановки ленты поршень находится в верхнем положении. Таким образом, указанные участки задают циклы работы двигателя.
Лента с коническими мишенями 6 служит для крепления конусов и установки очередного конуса напротив центра поршня. Лента по краям перфорирована и передвигается при вращении шестерни червячной передачи. Лента из легкого металла эластична и свертывается в бобины (ведущая и ведомая бобина). Передвижение ленты подобно передвижению фотопленки в фотоаппарате. По использованию всех конусов ленты бобины заменяются вручную на новые. Дальность пробега автомобиля без замены бобин зависит от количества конусов в ленте и, следовательно, от диаметра бобин. При применяемых в настоящее время размерах автомобиля бобины рассчитываются на пробег в 1000 км. Ширина ленты 36 мм, толщина ленты 2 мм. Размеры конуса: диаметр основания 3 мм, угол при вершине конуса - 60° . Ядерное вещество - гелий-3 содержится в полимерном конусе, который вклеивается в конус материала ленты.
Направляющие валики 7 служат для фиксации направления движения ленты. Они по краям содержат зубцы, которые входят в перфорационные отверстия ленты, и поворачиваются при движении ленты.
Лазерное устройство 8 служит для создания импульса излучения, который после концентрации фокусирующей линзой и отражения от зеркала, расположенного под углом 45° к оси цилиндра, падает на основание очередного конуса ленты. В качестве лазерного устройства в ЯАД применяется решетка импульсных полупроводниковых инжекционных лазеров как имеющая малые габариты и сравнительно большой КПД. Накачка лазеров решетки производится импульсом тока параллельно для всех лазеров.
Для возбуждения режима "лазерной искры" в конической мишени требуется энергия в импульсе порядка 40 кДж. В настоящее время отечественной промышленностью (завод "Восход", г. Калуга) выпускаются импульсные полупроводниковые лазеры с непрерывной (средней) мощностью 100 Вт (с охлаждением). Импульсный режим: длительность импульса - 1 мс, частота повторения импульсов - до 100 Гц (период 0,01 с). Отсюда мощность в импульсе равна 100-0,01/103=1000 Вт, энергия в импульсе 1000/103=106 Дж.
Контакт включения лазера 9 служит для создания импульса напряжения, подаваемого на блок накачки лазеров в момент остановки штока 5.2. Этот контакт укреплен на штоке 5.2 и представляет собой электромеханический механизм. Начальный импульс включения лазера при запуске двигателя подается с помощью кнопки на передней панели автомобиля.
Источники электропитания 10 обеспечивают электроэнергией лазерное устройство и представляют собой малогабаритные кадмий-литиевые или литиево-сульфидные элементы с напряжением 1,5 В.
Двигатель имеет систему охлаждения и смазки подобно двигателям внутреннего сгорания. Так как в ЯАД происходят микровзрывы, то ЯАД устанавливается на амортизаторах.
Выше был рассмотрен одноцилиндровый двигатель.
Для увеличения мощности двигателя количество цилиндров может быть увеличено до 4-6.
В автомобиле с ЯАД все передачи от коленчатого вала к ведущим колесам, рулевое и тормозное управление и др. не изменяются по сравнению с автомобилем с ДВС. Лазерное устройство устанавливается на месте карбюратора и других устраняемых частей. Поэтому основная структура (архитектура) современного автомобиля сохраняется.
Регулировка скорости автомобиля в автомобиле с ЯАД более быстрая и глубокая по сравнению с автомобилем с ДВС, так как в автомобиле с ЯАД она производится, кроме коробки передач, изменением частоты и мощности лазерных импульсов в некоторых пределах и, следовательно, частоты и скорости сгустков плазмы, падающих на цилиндр. Изменение мощности лазерных импульсов осуществляется сравнительно легко изменением тока накачки лазера.
Рассмотрим работу ядерного автомобильного двигателя в динамике. Включение двигателя производится нажатием кнопки на передней панели автомобиля. При этом подается импульс напряжения на блок накачки лазерного устройства и совершается первый цикл работы двигателя. В результате этого цикла устанавливается ближайший конус ленты напротив центра поршня, цилиндр приближается к верхнему положению, срабатывает контакт включения лазера на следующий цикл. При этом на блок накачки лазерного устройства подается импульс напряжения. Блок накачки создает импульс тока, который протекает через все лазеры решетки. При накачке лазерное устройство генерирует импульс излучения с длиной волны 0,8-1,0 мкм. Это излучение с помощью фокусирующей линзы концентрируется в лазерный луч с пятном диаметром 1-2 мм на основании очередного конуса ленты. При этом лазерный луч с помощью зеркальной пластинки, установленной под углом 45° к оси цилиндра, изменяет свое направление и падает на основание конуса. При падении лазерного луча испаряется гелий-3, образуются ударные волны, которые, отражаясь от стенок конуса, сходятся в вершине, нагревают и сжимают в ней гелий-3. В вершине конуса повышается температура до 107 К, и происходит термоядерный синтез в режиме "лазерной искры". При этом образуется сгусток плазмы, который прожигает оболочку конуса, вылетает наружу и падает на верхнюю плоскость поршня. Вследствие этого поршень передвигается в прямолинейном направлении. Это передвижение поршня с помощью кривошипнно-шатунного механизма преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Указанное вращение через шестерни 5.1, шток 5.2, червячную передачу 5.3 заставляет передвигаться ленту с конусами. При этом поршень, пройдя нижнее положение по инерции, поднимается в верхнее положение, выталкивая из цилиндра через отверстие продукты прошедшей термоядерной реакции. Как только ведущая шестерня пары 5.1 повернется на участок с отсутствием зубцов, останавливаются ведомая шестерня 5.1, шток 5.2, передача 5.3 и останавливается лента. При остановке штока срабатывает контакт включения лазера на следующий цикл и совершается следующий цикл аналогично предыдущему.
Основное достоинство ядерного автомобильного двигателя - это применение нового энергоносителя - газа гелия-3 вместо энергоносителей на нефтепродуктах экологически безопасным образом при сохранении структуры современного автомобиля. Следует отметить, что изотоп гелий-3 в натуральном виде мало распространен в природе. Но его можно выделить из смеси изотопов гелий-4 и гелий-3, добываемых в ряде газоконденсатных месторождений России, с помощью масс-спектрометрических методов. Кроме того, гелий-3 в большом проценте содержится в лунной пыли.
Организация ее добычи на Луне и доставки на Землю в количестве, достаточном для обеспечения существующего автомобильного парка, вполне выполнима средствами отечественной космической техники.
В качестве энергоносителя в ЯАД может быть применена и смесь дейтерия с тритием, но при этом возникают трудности с обеспечением экологической безопасности процесса в связи с образованием нейтронов в результате термоядерной реакции.
Предлагаемый ЯАД позволяет создать значительно более мощные автомобили и со значительно более быстрой и глубокой регулировкой скорости движения автомобиля.
1. Ядерный автомобильный двигатель, содержащий цилиндр, поршень, кривошипно-шатунный механизм и другие части, отличающийся тем, что он снабжен конической мишенью, заполненной энергоносителем в виде изотопов легких элементов при ее изготовлении и устанавливаемой в результате перемещения в положение напротив центра поршня, с возможностью падения на верхнюю плоскость поршня сгустка плазмы, вылетающей из вершины конуса при воздействии импульсом лазерного излучения на основание конуса мишени.
2. Ядерный автомобильный двигатель по п.1, отличающийся тем, что для перемещения мишени использован механизм, включающий передачу перпендикулярных шестерен, связанную с коленчатым валом, шток и червячную передачу, причем ведущая шестерня передачи перпендикулярных шестерен имеет через определенные интервалы участки без зубьев для задания цикла работы автомобиля.
www.findpatent.ru
Изобретение предназначено для космических полетов. Авиакосмический ракетный двигатель для космических самолетов состоит из термоядерного и электронного электрического реактивных двигателей (ЭРД). Термоядерная реакция выделяет в 84,5 раза больше энергии, чем при делении ядер в ядерном реактивном двигателе. Отличается тем, что содержит литиевую трубку с литием-6, дейтериевую трубку с дейтерием, соленоид, катод и анод. Использует термоядерную энергию для создания импульса более 3107 м/с. Во время старта работают термоядерный ЭРД и электронный ЭРД. Термоядерный ЭРД используется для стартового разгона, и электронный ЭРД выполняет роль прямоточного воздушно-реактивного двигателя до верхних слоев атмосферы. Там начинают работать термоядерные ЭРД и космический самолет выходит в космическое пространство. Изобретение позволяет достигать импульса более 310 м/с. 2 ил.
Изобретение может быть использовано для космических самолетов, выполняющих роль челноков между Землей и космосом.
Прототипом является ядерный ракетный двигатель. /см. Корлисс У.Р. "Ракетные двигатели для космических полетов". изд. 1962 г. стр. 308 - 323/. В ЯДР энергия деления в 84,5 раза меньше термоядерной энергии. Имеет большой вес на единицу мощности. Образует большое количество радиоактивных отходов, которые являются баластом. На чертеже арабскими цифрами обозначены фигуры. Фигура 1. Изображен продольный разрез ЭРД. Арабскими цифрами обозначены детали на фигуре. Корпус 1. Литиевая трубка 2 с литием-6. Насос 3 закачивает литий в нейтронный облучатель 4, облучающий литий медленными нейтронами. Отражатель 5 отражает нейтроны. Карбид плутония излучает нейтроны. Заместитель нейтронов 7 замедляет нейтроны. Дейтериевая трубка 8 с дейтерием. Насос 9 закачивает дейтерий в активную зону 10 для ядерного синтеза лития-6 с медленными нейтронами и термоядерной реакции с образовавшимся тритием с поступающим дейтерием. Стенка активной зоны 11 из карбида циркония с зеркальным покрытием. Температура плавления карбида циркония 3800o. Зеркальное покрытие отражает излучение. Труба рубашки 12 соединяет рубашку с активной зоной. Рубашка 13 охлаждает водородом соленоид 14, который силой Лоренца защищает стенку активной зоны, катод и анод. Кольцевидный катод 15 излучает электроды с кольцевидным анодом 16 создают ассиметричное магнитное поле, ускоряющее высокотемпературную плазму под действием силы Ампера. Бак с жидким водородом 17. Труба для водорода 18. Насос 19 закачивает водород в рубашку 20. Насос 21 закачивает воздух в рубашку. Сопло 22 создает тягу. Фигура 2. Изображен продольный разрез электронного ЭРД. Корпус 23. Диффузор 24 для полета в атмосфере. Центральный канал 25. Кварцевый изолятор 26 с зеркальным покрытием. Соленоидная катушка 27 силой Лоренца в зоне ускорения защищает анод и вместе с катодом и анодом создают ассиметричное магнитное поле и под действием силы Ампера рабочее тело ускоряется. Катод 28 излучает поток электронов, являющихся рабочим телом. Работа электронного ЭРД. Между катодом 28 и анодом 29 образуется искра, нагревающая воздух, поступающий из диффузора, до высокой температуры. При работе электронного ЭРД в космическом пространстве образуется положительный объемный заряд. Корпус космического корабля имеет большую площадь и массу. Поглощает электроны высокотемпературного рабочего тела, выходящего из сопла ядерного ЭРД, нейтрализует положительный объемный заряд. Корпус космического корабля является нейтрализатором положительного объемного заряда. Работа ядерного ЭРД. Использует энергию ядерного синтеза для превращения водорода в плазму. Расплавленный литий-6 закачивается в нейтронный облучатель и облучается медленными нейтронами. Происходит реакция ядерного синтеза с образованием гелия и трития. Выделяется достаточное количество энергии для термоядерной реакции образовавшегося трития с поступающим дейтерием. Водород поступает через рубашку в активную зону и нагревается до высокой температуры. Соленоидная катушка, катод и анод создают ассиметричное магнитное поле в зоне ускорения под действием силы Ампера ускоряется плазма, выходя из сопла, создает тягу. Если бак заполнить жидким азотом, то можно создать старт воздухом из трубы, закачиваемый компрессором. 1 кг лития-6 + медленный нейтрон выделяет энергию 4,61011 Дж. 1 кг трития + дейтерий выделяет энергию 1,691012 Дж. Всего 2,151012 Дж. Термоядерные ракетные двигатели могут иметь импульс до 310 м/с. Электрические ракетные двигатели могут иметь импульс 103-105 м/с с высоким КПД /см. Е.Д. Гришин и Л.В. Лесков "Электрические ракетные двигатели", изд. 1989 г. стр. 448/. Ядерные ЭРД с электронным ЭРД могут создавать импульс более 3107 м/с.Формула изобретения
Ядерный ракетный двигатель, включающий ядерный реактор и электронный ускоритель, содержащий корпус, бак с жидким водородом, насос, магнитное сопло, через которое выходят газы, турбину, кольцевидный анод, отличающийся тем, что содержит кольцевидный катод и соленоидную катушку вокруг стенки активной зоны, создающую асимметричное магнитное поле, ускоряющее ионизированный водород под действием силы Ампера и магнитного сопла, причем ядерный реактор снабжен нейтронным облучателем, содержащим отражатель нейтронов, замедлитель нейтронов из оксида бериллия и плутоний, излучающий нейтроны и облучающий медленными нейтронами литий-6, поступающий по трубке, насос закачивает водород через рубашку, турбину с электрогенератором в активную зону, корпус является нейтрализатором положительного объемного заряда, образующегося при работе электронного ускорителя.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2www.findpatent.ru
