28.12.2007.
Идея ядерной реакции синтеза H1 и K39 при участии катализатора K40, возникла с целью осуществите её на гравитепловой катушке. Затем я попытался проанализировать эту реакцию на "Суперреакторе". Ведь наша реакция не не просто синтез, требующий проникновения одной частицы через кулоновский потенциальный барьер другой частицы, а цепная реакция, происходящая в два этапа. Первый этап - перезарядка протона в нейтрон, происходящая в "атмосфере" ядра K40. Второй этап - захват нейтрона ядром K39 с превращением последнего в изотоп K40.
Эту идею я обсуждал на форумах в 2007-2008 года.Мой текст прямой шрифт. Реплики, вопросы и возражения наклонный.
Изготавливаем сферу радиусом 3 метра. Объем 100 м3. Масса топлива при плотности 10т/м3 – 1000 тонн. При удельном тепловыделении топлива 100 кВт/кг, получаем выходную мощность 100 ГВт. (Можно и меньше, но чего мелочиться).
Стенки сферы изготавливаем из особо прочного материала. Внутренняя часть стенок - из особо жаропрочного материала. В стеках имеются каналы, вдоль которых циркулирует охлаждающая среда, которая является рабочим телом, направляемым на рядом стоящую турбину.
Сферу заполняем смесью K39, K40, H1, при высоком давлении, порядка 10000 атмосфер. Разогреваем смесь до высоких температур одним из перечисленных способов: излучения, потоком нейтронов от атомного реактора, наполнением смеси быстрораспадающимися радиоактивными веществами.
При этом вещество реактора становится тепловыделяющей средой. В тепловыделяющей среде давление становится зависимым от расстояния до центра. Минимум давления тепловыделяющей среды приходится на границу раздела этой среды и емкости, её содержащей.
Из-за перераспределения вещества в реакторе давление в области максимума растет, а у оболочки падает. Отбираем тепло от оболочки и производим подкачку реактора топливом. Давление в области максимума достигает значений 109 – 1011 атмосфер. Температура в области от r=0 до r=(2/3)R порядка 100 млн.К. Давление у оболочки поддерживаем на уровне 104-105 атмосфер, температура у граница раздела стенка-топливо 3-4 тыс. К.
Продолжаем нагревать топливо. Давление, концентрация частиц и температура в областях, соответствующих максимумам, продолжают расти, а у оболочки мы поддерживаем их постоянными.
В некоторый момент начинается реакция K40+H1 = Ca40 + n + 0.521МэВ. Образующийся нейтрон захватывается ядром K39, которое в результат этого превращается в ядро K40. K39+n = K40+7,8 МэВ.
Сопутствующий нагрев прекращаем тогда, когда выделяющегося тепла от указанных выше реакций, будет достаточно для стабильного горения. Далее реактор работает в стационарном режиме. Мощность реактора определяется долевым содержанием изотопа K40 в смеси. Этот изотоп является катализатором и восстанавливается в указанных выше реакциях. Выгорают дешевый и широко распространенный в природе изотоп K39.
Доля изотопа K40 в реакторе исчисляется долями процента по отношению к изотопу K39. K39 – тонны, K40 – граммы. Несмотря на малое процентное содержание K40 в смеси, его долевое участие будет постепенно падать из-за редких реакций захвата нейтрона изотопом K40 с превращением последнего в изотоп K41. Поэтому для поддержания стабильной работы реактора в него изредка подкачивается изотоп K40.
Может возникнуть вопрос, а зачем брать калий, а не дейтерий. Можно, только в последнем случае вы получите гигантскую прессъядерную бомбу. Дейтерий, если пойдет в реакцию, то весь сразу. А в реакциях с катализатором мы можем регулировать интенсивность работы реактора, добавляя или уменьшая долю K40 в смеси. Даже если сделан перебор, то прогорит стенка, давление и температура резко упадут и реакции прекратятся.
Вышеописанный процесс возможен, если коэффициент тепловых взаимодействий, такой как я предполагаю. Если он в 10-100 раз больше или меньше, то реактор можно построить, но его мощность и размеры нужно подстраивать под значение реальной константы тепловых взаимодействий. Вы сами можете попытаться поварьировать константу тепловых взаимодействий в моей программе «Эффект Арки – 2008». Она фигурирует в разделах «Тритий в банке», «Потоки энергии в звездах».
Программу обновил сегодня и разместил по адресу: http://darkenergy.narod.ru/arcru.exe Размер программы 250 кб.
В описанном процессе работы реактора я нигде не использую идеи, следующие из Эффекта Арки. Реактор будет работать как с учетом этого эффекта, так и без него. Работа реактора основана на идее о тепловых взаимодействиях. Эта идея независима от Эффекта Арки, хотя и получена при исследовании последнего.
При высоких температурах, графики для p, n, a, T в реакторе очень похожи на соответствующие графики для предсверхновых звезд. Эти графики вы можете посмотреть здесь: http://darkenergy.narod.ru/arc4.gif с учетом эффекта арки; http://darkenergy.narod.ru/arc5.gif и без него, или получить самостоятельно на программе, предложенной выше.
Европейский Суперреактор на 10ТВт
07.01.2008.
Изготавливаем сферу радиусом 100 метров. Объем 4 000 000 м3. Масса топлива при средней плотности 1т/м3 – 4*109 кг (порядка тысячи ж-д составов). При удельном тепловыделении топлива 100 кВт/кг, получаем выходную мощность 10 ТВт. Это на каждого жителя Европы (порядка 1 млрд. жителей) по 10 кВт. Пускай 1 кВт каждый получит в виде электроэнергии, 5 кВт в виде топлива (водород). 4 кВт - неизбежные потери.Почему реактор Европейский. В России достаточно нефти и газа, и никто из газонефтяных магнатов не захочет терять этот куш, а построить такой реактор- значит потерять источник прибыли. Украине он тоже не нужен, поскольку здесь другая стратегическая задача, - уже научившийся Президент и уже научившийся парламент видят главную стратегическую задачу в том, чтобы население нашей страны научилось разговаривать по-украински. Так что здесь пока не до реактора.
Но вернемся к устройству реактора. Одна из высоких Альпийских гор. В её сердцевине работает Суперреактор. Из тоннелей постоянно выходят длинные составы, развозящие цистерны с водородом по всей Европе. От горы в разные стороны, как лучи Солнца, расходятся высоковольтные линии электропередач. Природный газ Европе больше не нужен - пищу готовят на дешевой электроэнергии. Автомобили не дымят - из выхлопных труб идет водяной пар (продукт сгорания водорода). Все атомные и тепловые электростанции закрыты. За исключением, может быть, одного уранового реактора небольшой мощности, построенного в той же горе, где и Суперреактор.
Стенки сферического суперреактора изготовлены из особо прочного материала (керамика, сталь). Внутренняя часть стенок - из особо жаропрочного материала (вольфрам). В стеках имеются каналы, вдоль которых с высокой скоростью циркулирует охлаждающая среда (вода или ртуть), которая является рабочим телом, направляемым на вокруг установленные турбогенераторы. Турбогенераторы покрывают лишь одну треть Суперреактора. Остальные 2/3 поверхности суперреактора охлаждаются устройствами по разделению водородосодержащего вещества (к примеру вода) на водород и остаток. Если остатком является кислород, то он прямиком уходит в атмосферу. А водород "упаковывается" в цистерны заполненные пористым (губчатым) веществом и увозится от реактора.
Итак, суперреактор заполняем смесью K39, K40, H1, при давлении, порядка 10 атмосфер. Для суперреактора может подойти также смесь Cl35, Cl36, H. Рассмотрим первый вариант. В природе существуют изотопы K39, K40, K41. Эту смесь надо очистить от изотопа K41, и, может быть, обогатить изотопом K40. Период полураспада К40 миллиарды лет, и поэтому он еще существует в природе. Второй вариант. Хлора-36 в природе нет. У него период полураспада 3*105 лет, что сравнительно мало по сравнению с возрастом Земли, и его поэтому нет в природе. Но этот изотоп можно приготовить в урановом реакторе, пропуская по змеевику изотоп Cl-35 через урановый реактор.
Итак для работы реактора нам надо порядка нескольких миллионов тонн K39 (Cl35), в котором находится порядка 0,01% изотопа K40 (Cl36), и примерно столько же водорода (протия). Реакции проходят в два этапа:
K40+H = Ca40 + n + 0,5 МэВ - в центральной r=(0 - 0,6)R высокотемпературной зоне реактора;
K39+n = K40 + 7,8 МэВ - в области r=(0,6 - 0,9)R высокой плотности реактора. Аналогичные реакции можно записать для хлорного реактора:
Cl36+H = Ar36 + n - 0,073 МэВ;
Cl35+n = Cl36 + 8,6 МэВ.Заметим, что в случае с хлором, реакция (p,n) эндотермическая. Это значит, что температура в центральной части хлорного реактора должна быть существенно выше, чтобы компенсировать потерю на самой реакции. Может быть, хлорный реактор вообще невозможен, и калий тогда остается единственным претендентом на топливо для Суперреактора.
За день в реакторе выгорает порядка 10 кг калия. Ерунда, тем более что сгорает распространенный изотоп K39. Но при этом одновременно ежедневно сгорает и восстанавливается такая же порция K40. Если допустить что каждый сотый нейтрон не доходит до своей цели, а его целью является К39 (распадается, захватывается другими элементами Н, K40, прочими примесями, или уходит за пределы реактора), то каждый день из реактора уходит 100 грамм K40. Именно для восполнения этих ежедневных 100 грамм K40 (или Cl36) необходимо иметь урановый реактор, через который прогоняется изотоп K39 (или Cl35). в случае калия, однако, вместо строительства соседнего уранового реактора можно использовать один из существующих способов разделения изотопов и выделять К40 из природной смеси калия.
ЗАПУСК РЕАКТОРА.
Разогреваем смесь до высоких температур одним из перечисленных способов: токи, излучения, потоком нейтронов от атомного реактора, наполнением смеси быстрораспадающимися радиоактивными веществами, ввод урановых стержней и т.п. При этом вещество реактора становится тепловыделяющей средой. В тепловыделяющей среде давление становится зависимым от расстояния до центра. Минимум давления тепловыделяющей среды приходится на границу раздела этой среды и емкости, её содержащей. При высоких температурах оголяется также центральная часть реактора. Из-за перераспределения вещества в реакторе давление в области максимума растет, а у оболочки падает.
Отбираем тепло от оболочки и производим подкачку реактора топливом. Давление в области максимума достигает значений порядка 1010 атмосфер. Температура в области от r=0 до r=(2/3)R порядка 100 млн.К. Давление у оболочки поддерживаем на уровне 10-100 атмосфер, температура у граница раздела стенка-топливо 1-2 тыс. К. Продолжаем нагревать топливо. Давление, концентрация частиц и температура в областях, соответствующих максимумам, продолжают расти, а у оболочки мы поддерживаем их постоянными. В некоторый момент начинается реакция в центральных высокотемпературных областях реактора
K40+H1 = Ca40 + n + 0.521МэВ.
Образующийся нейтрон покидает разреженную центральную область и в области максимальной плотности захватывается ядром K39, которое в результат этого превращается в ядро K40.
K39+n = K40+7,8 МэВ.Сопутствующий нагрев прекращаем тогда, когда выделяющегося тепла от указанных выше реакций, будет достаточно для стабильного горения. Далее реактор работает в стационарном режиме. Мощность реактора регулируем долевым содержанием изотопа K40 в смеси. Это способ медленного изменения мощности. Быстрое изменение мощности (аварийный сброс) осуществляется путем открытия клапанов и сброса части топлива в резервные ответвления реактора.
Может возникнуть вопрос, а зачем брать калий, а не дейтерий. Можно, только в последнем случае вы получите сверх гигантскую бомбу, которая разнесет не только гору, но и саму планету. Дейтерий, если пойдет в реакцию, то весь сразу. А в реакциях с катализатором мы можем регулировать интенсивность работы реактора, добавляя или уменьшая долю K40 в смеси.
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ.
Если происходит землетрясение, нанесение ядерного удара по горе, в которой находится реактор, или непредвиденная авария самого реактора, то, если конструкция реактора оказывается разрушенной, тоннели в горе закрываются автоматически, а топливо реактора растекается в заранее приготовленные котлованы.
ГОСУДАРСТВЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ РФ.
Этот проект может быть запатентован автором в течении шести месяцев с момента его публикации, то есть, со вчерашнего дня. Заявка должна быть международной, а значит требует больших финансовых вложений от автора, но ничтожных для его государства. Лично мне особо ничего и не надо, особенно если учесть, какая бюрократическая волокита скрывается за тем, чтобы получить букет европейских патентов. Но вот нам россиянам надо бы подумать, о том стоит ли это патентовать. Пусть строят, и не платят нам нам (точнее нашим магнатам) за нефть и газ, или... Россия сравнительно богатая страна, но это благодаря нефти и газу. Как вы думаете? Может пусть платят нашему государству хороший процент за лицензию... Но чтобы выдать лицензию, надо получить патент. Чтобы получить патент, надо доказать, что это работоспособно... и т.п., и т.д.
Вы сами можете попытаться поварьировать константу тепловых взаимодействий в моей программе «Эффект Арки – 2008». Она фигурирует в разделах «Тритий в банке», «Потоки энергии в звездах».
Программа: http://darkenergy.narod.ru/arcru.exe Размер программы 250 кб.
В описанном процессе работы реактора я нигде не использую идеи, следующие из Эффекта Арки. Реактор будет работать как с учетом этого эффекта, так и без него. Работа реактора основана на идее о тепловых взаимодействиях. Эта идея независима от Эффекта Арки, хотя и получена при исследовании последнего.
При высоких температурах, графики для p, n, a, T в реакторе очень похожи на соответствующие графики для пред-сверхновых звезд. Эти графики вы можете посмотреть здесь:
http://darkenergy.narod.ru/arc4.gif с учетом эффекта арки; http://darkenergy.narod.ru/arc5.gif и без него,
или получить самостоятельно на программе, предложенной выше.
Зато если этот "суперреактор" взорвется в центре Европы, то это будет уже супер-Чернобыль... :-)
Взорваться? Вы посмотрите на реакции. Это не цепная реакция. Интенсивность реакций зависит от количества катализатора в реакторе, а его сотые доли процента. Прежде чем атом водорода столкнется с изотопом K40 и вступит в реакцию K40(p,n)Ca40 он десять тысяч раз столкнется с изотопом K39, безо всякого эффекта. Кроме того, нейтрон образующийся в вышеуказанной реакции, прежде чем будет захвачен изотопом K39 испытает тысячи пустых столкновений, пока не станет "медленным" нейтроном. Так что я думаю, такой реактор значительно безопасней уранового. Даже если произойдет авария, то радиоактивного загрязнения не будет. Химическое загрязнение, да опасно, но я указал, что в случае аварии калий стекает в заранее заготовленные карьеры. Безопасность в этом случае можно усилить масляным заполнением и т.п. Итак: утечка топлива из Суперреактора не приводит к радиоактивному заражению.
Даже для "слабого" (3-х метрового) варианта, вы пишите: "Сферу заполняем смесью K39, K40, H1, при высоком давлении, порядка 10000 атмосфер. Разогреваем смесь до высоких температур ..." "Давление в области максимума достигает значений 109 – 1011 атмосфер. Температура в области от r=0 до r=(2/3)R порядка 100 млн.К."
Нехилая "бомбочка" в центре Европы... :-)
PS: В Чернобыле тоже ничего плохого не ждали. Но тем не менее... случилось. Всегда есть место непредвиденному случаю.
Испугались? А не переживайте! Все равно эта бредятина физически не реализуема. Чего там у нас? В центре чертова прорва давления, а на поверхности жалких 10 атмосфер? В стационарном режиме? Ну да, конечно, какое нам дело до какого-то закона какого-то Паскаля... Только не надо говорить про выделение энергии. Закон Паскаля связан с законом сохранения импульса а не энергии. Энергия тут не при чем.
Конечно, в динамическом режиме такое возможно. Возьмем взрывающуюся гранату. В центре давление, а там, куда волна еще не дошла -- давления нету.
А какое характерное время, пока это "безобразие" может существовать? Порядка времени пробега звука. Чего там у нас? Сотня метров? Доли секунды... И если бы это был только один "прокол" в предлагаемом, с позволения, "проекте"
Чем больше реактор, тем меньше требуемые градиенты давления и температуры. Давление 10000 атмосфер не такое уж и большое. Кроме того, это оценочный расчет и это оболочечное давление может быть понижено. Давление 109 - 1011 атмосфер это преимущественно давление излучения. Давление вещества в высокотемпературных областях сравнительно низкое. Его даже по графикам не оценишь. В программу надо вписывать строку, чтобы программа выдавала его значение текстом. См. рисунки цитируемые раньше. Кроме того, Суперреактор находится внутри горы, "переносное" давление пород, над реактором, сравнимо оболочечному давлению реактора. А давление излучение, даже если допустить вероятность аварии, стремительно потеряет силу вместе с расширением излучения в заранее заготовленное свободное пространство. Под колесами ежегодно гибнут много людей, так что из-за этого надо запретить использование колеса. Надо просто продумать все до мелочей.
А как же все же быть с законом Паскаля? Какой бы там природы давление ни было, а В СТАЦИОНАРНОМ РЕЖИМЕ оно должно быть везде одинаково.
Я утверждаю, что давление в тепловыделяющих средах определяется тепловым уравнением гидростатического равновесия. Тепловое уравнение гидростатического равновесия подобно гравитационному уравнению гидростатического равновесия. Но писать здесь все выкладки сложно, тем более, что я исследую два уравнения: стандартное и арочное. Но любое из них ведет к результату, предложенному в этой теме. Поэтому, я здесь укажу лишь одно следствие, известное Вам. Давление излучения, идущего от звезды убывает по закону обратных квадратов, а это противоречит Вашему утверждению выше о независимости давления от r.
А хватит ли вам "теплового сопротивления среды" чтобы удержать такой огромный градиент температуры?
Размеры и мощность реактора как раз и будут определяться теплопроводностью вещества. Предварительные оценки удовлетворительны.
От большой температуры-то в центре (и малой снаружи) вы никуда не денетесь. Иначе чего бы там термоядерщики мудрили со всякими магнитными бутылками и токамаками...
Ну и пусть себе мудрят. У них магнитное удержание плазмы, а у нас удержание через уравнение теплового гидростатического равновесия. У них термоядерный синтез с запретом, накладываемым критерием Лоусона. А у нас прессъядерный синтез с катализатором. У них разреженная плазма, у нас она на несколько порядков плотнее.
"...сложно, тем более, что я исследую два уравнения: стандартное и арочное. Но любое из них ведет к результату, предложенному в этой теме. Поэтому, я здесь укажу лишь одно следствие, известное Вам. Давление излучения, идущего от звезды убывает по закону обратных квадратов, а это противоречит Вашему утверждению выше о независимости давления от r."
Ну дык тут нестационарный случай (полная аналогия со взрывающейся гранатой)! Не говоря уж о наличии гравитации. Конечно, если вещество в вашем реакторе будет разлетаться, то конечно же можно получить давление в центре больше, чем снаружи. Только хотел бы я знать КУДА оно будет разлетаться:-)
Впрочем ладно, уговорили. У вас задача с течением. Излучение течет. А поскольку радиус увеличивается, плотность излучения (и как следствие давление излучения) падает. За "бредятину" приношу извинения.С какой скоростью? :-)
Со скоростью света, с какой же еще. Конечно тут надо чтобы среда для излучения была достаточно прозрачна, иначе вещество будет увлекаться и ничего не выйдет. Ссылаясь на закон Паскаля я перепутал "стационарна" и "без течения". Поскольку излучение может возникать "из ниоткуда" (была бы энергия) и "исчезать в никуда" (с отдачей энергии), то при наличии излучения "стационарна" и "без течения" не одно и то же. Только не надо придираться к "из ниоткуда", тут в условном (и ясно в каком) смысле. А вообще такие "штучки" по логике вещей должны быть в книге Зельдовича и Райзера, название забыл но что-то вроде "Физика взрыва и высокотемпературных газодинамических явлений". Уж очень давно я ту книгу в руках держал...
Но конечно я все же думаю, что такой реактор это интересная теор. задачка и не более. Спалит там излучение любой вольфрам, вопросы устойчивости плазмы и т.п. Ну лет через 300 может быть... И то как сказать:-)Так и я об этом. :-)
Снижение плотности излучения от, например, звезды в окружающем ее космосе - это естественно. Но заполните это пространство полностью (и плотно) атомами/ионами, и картинка в корне изменится!!!!!
Излучение не сможет свободно распространяться как прежде. Оно будет поглощаться этими атомами/ионами, начиная с самого центра. И мы получим обычное разогретое вещество, с источником тепла в центре.
Судя по приведенным Иваном параметрам, цепная реакция для взрыва даже не нужна. Суперреактор УЖЕ имеет параметры термоядерного взрыва. :-)
Только по мнению Ивана, этот взрыв будет мирно "сидеть" в его колбочке, совсем не давить на стенки, и кормить энергией всю Европу. :-)
Сказка. :-)Снижение плотности излучения от, например, звезды в окружающем ее космосе - это естественно. Но заполните это пространство полностью (и плотно) атомами/ионами, и картинка в корне изменится!!!!!
Ну обжимают же заряд в водородной бомбе излучением (Сахаров придумал), как писали в УФН. То, что за счет излучения можно получить в центре давление больше чем снаружи это интересно. По сути релятивистский эффект (излучение это ультрарелятивисткий объект). А на счет патентов можно не расстраиваться. За 25 лет (срок действия патента) такой реактор не сделать.
Тут много-много вопросов. С одной только устойчивостью плазмы термоядерщики сколько бились, лет так 40 если не больше... И за 300 лет далеко не факт, что можно сделать...Только излучение здесь идет из центра. :-)
И оно не взрывного, а длительного действия. Т.е. - годами...
"И мы получим обычное разогретое вещество, с источником тепла в центре".
Реактор, почти вплоть до самой стенки тепловыделяющая среда. В этой тепловыделяющей среде можно выделить три перекрывающиеся зоны.
1. Высокотемпературная зона, от центра и до 0,7R. Реакция K40(p,n)Ca40.
2. Зона высокой плотности, (0,65-0,95)R. Реакция K39+n=K40.
3. Зона разогрева тормозящимися гамма квантами (0,5-0,98)R.
Далее плавный переход тепловыделяющей среды в теплопроводящую среду с плавным переходом уравнения теплового гидростатического равновесия в уравнение dp/dr=const.
"Судя по приведенным Иваном параметрам, цепная реакция для взрыва даже не нужна. Суперреактор УЖЕ имеет параметры термоядерного взрыва. :-)"
Верно, - стационарное состояние, плавно регулируемое содержанием изотопа K40, или быстро регулируемое давлением оболочки, - сбросом части топлива в отводы.
"Только по мнению Ивана, этот взрыв будет мирно "сидеть" в его колбочке, совсем не давить на стенки, и кормить энергией всю Европу. :-)"
1. На стенки давит, но давление в реакторе убывает согласно уравнению.
2. Будет кормить и электроэнергией, и топливом для транспорта.
Ох программы, программы... Дело хорошее на компьютере считать, но давайте сначала без всяких компьютеров сделаем оценку давления по максимуму. Ничего кроме закона сохранения импульса и др. элементарных (!) знаний для этого не требуется. Сколько у вас там мощность, P=10 ТВт? Максимальное радиационное обжатие средней части (по реактивному принципу) будет если излучение свободно, если не свободно, будет меньше.
Импульс такого излучения в единицу времени это P/c. Только не надо думать, что т.к. "с" в знаменателе, то чем меньше скорость, тем больше импульс. Все наоборот, для v=/=c грубая (!) оценка это Pv/c^2. Подставляем цифирь и получаем, что импульс в секунду (в СИ) это 10^13/3*10^8=0.3*10^5. Так что если обжимается сфера с площадью поверхности 1 кв.м.(радиус 30 см), то давление обжатия 0.3*10^5 Па т.е. всего на всего 0.3 атм. Конечно это избыточное давление относительно давления ионов электронов и т.п. (которое одинаково что в центре, что на поверхности реактора в сделанном приближении прозрачной среды). Ну ладно, пусть не 30 см а в 100 раз меньше. Тогда давление (напоминаю, это оценка ПО МАКСИМУМУ! реально будет меньше на порядки!) 3000 атм. Вот на радиусе в 3 мм эти 3000 атм. вы хотя бы в принципе получить можете. И то только в очень специальном случае, когда вся реакция идет внутри этого радиуса, все вокруг прозрачно а внутри непрозрачно. Если ваша программа дает давление больше, то сразу можно искать ошибки. Или счет ошибочен, или уравнения в этих условиях не применимы или еще что. Кстати уравнения гидродинамики (а гидростатики и подавно) это приближенные по самой своей сути уравнения и ПОЛНОСТЬЮ могут потерять применимость в определенных условиях (значениях параметров).В связи с этим мне припоминается случай. Книжку мне подарили про землетрясения и т.п. Авторы -- люди простые :-) думают, что коль скоро согласно обычному уравнению теплопроводности "хвост" теплового сигнала распространяется мгновенно (фронта как такового вообще нет), то по тепловому сигналу можно зарегистрировать то, что происходит на другой стороне Земли, быстрее, чем обычными сейсмическими методами. Графиков, картинок понарисовали целую довольно толстую книжку. Все на основе обычного уравнения теплопроводности, что еще Фурье придумал. Одно авторам только невдомек, тепло не может распространяться быстрее звука уже просто потому, что в твердом теле тепло это и есть "хаотический звук" (газ фононов). Я упрощаю, конечно, но все равно В ЭТИХ условиях ур-е теплопроводности не применимо ВООБЩЕ, ни в малейшей степени! И их книжки (диссертаций еще поди кучу защитили :-) ) кроме как в качестве подставки под горячую сковородку ни на что не годятся. К чему я это? В науке энтузиазм и трудолюбие вещи нужные но только их ну никак не достаточно... Я не утверждаю, что у вас случай, аналогичный этим геофизикам (это требует детального анализа, заниматься которым мне некогда), но уж очень похоже.
Прекрасно! Первое существенное замечание за столько дней!
"...Сколько у вас там мощность, P=10 ТВт? Максимальное радиационное обжатие средней части (по реактивному принципу) будет если излучение свободно, если не свободно, будет меньше. Импульс такого излучения в единицу времени это P/c. Только не надо думать, что т.к. "с" в знаменателе, то чем меньше скорость, тем больше импульс. Все наоборот, для v=/=c грубая (!) оценка это Pv/c^2. Подставляем цифирь и получаем, что импульс в секунду (в СИ) это 10^13/3*10^8=0.3*10^5. Так что если обжимается сфера с площадью поверхности 1 кв.м.(радиус 30 см), то давление обжатия 0.3*10^5 Па т.е. всего на всего 0.3 атм..."
Это вы прикинули, если тепло (импульс) переносят фотоны. А если основную долю импульса переносят электроны и ионы? Чего это вы их выкинули из рассмотрения? Их там 4 миллиона тонн и почти все у оболочки, точнее при r больше 0,7R.
Спад давления (общего) от 1010-1011 атмосфер начинается при 0,7R. А на участке, там, где преобладают фотоны, давление общее почти равно давлению излучения, и является почти прямой линией. Температура в 100 млн. K как раз и соответствует этому давлению. Но заметим что в этой области от 0 до 0,7R вещества мало, а собственно и основная энергия выделяется за пределами 0,7R. Эта энергия "берется из ниоткуда" и расталкивает вещество, порождает импульс несущийся в сторону меньшего давления, то есть, наружу. На участке (0,7-0,95)R вещество является получает реактивную отдачу, но не излучение.
Вот только давайте не будем путать энергию (тепло) с импульсом! Отличие импульса от энергии еще в 8-ом классе средней школы надо было бы усвоить. Ионы и электроны у вас никуда не текут (а если текут, то куда хотелось бы знать :-) ) и потому никакого импульса не переносят. В неподвижной в среднем (не текущей) среде средний импульс частиц нулевой т.к. импульс величина векторная. Так что ваше возражение не лезет ни в какие ворота.
Кстати, если излучение "запутано в веществе", то оно будет как раз наоборот не увеличивать а уменьшать давление вещества. А для термояда нам ведь нужно давление вещества (точнее ядер) не так ли? Ядрам ну совершенно по барабану излучение и его давление. Для реакции надо сжать именно ядра. В предельном случае, когда излучение не течет, вообще все элементарно просто. Возьмем закон сохранения энергии-импульса Тij в релятивисткой форме. Т.е. 4-дивергенция тензора энергии-импульса это ноль. Поскольку производные по времени нулевые (стационарный случай), то это сводится к занулению 3-дивергенции от пространственной части тензора энергии-импульса. Кстати эта пространственная часть называется тензором натяжений. Тензор Т неподвижного вещества это diag(e,p,p,p) (см т.6 Ландау-Лифшица глава "релятивистская гидродинамика). e-- плотность энергии, р-- давление. Так что тензор натяжений вещества это p*diag(1,1,1) а его дивергенция это градиент давления вещества. Естественно, дивергенция тензора второго ранга это вектор. Теперь займемся тензором Tij теплового излучения. Берем формулу из Ландау-Лифшица т.2 и замечаем, что поскольку разные моды такого излучения не скоррелированы друг с другом, недиагональные компоненты усредняются в ноль и остается лишь диагональная часть, по форме точно такая же как для вещества с той лишь разницей, что e=3p (для вещества такого соотношения нет, зависимость может быть разная в зависимости от того, что за вещество). Для текущего излучения легко тоже получить формулу просто преобразовав по Лоренцу тензор не текущего излучения и связав возникающие дополнительно компоненты с потоком энергии (такая связь возникает именно благодаря связи e=3p). Но не будем отвлекаться на текущее излучение. Для не текущего излучения (полностью "запутанного" в веществе) пространственная часть Tij точно такая же, как для вещества. В итоге мы получаем, что 3-градиент суммы давления вещества и давления излучения это ноль. Т.е. сумма давлений вещества и излучения это константа (закон Паскаля однако). Так что в центре, где большая температура и высокое давление излучения, получатся низкое давление вещества а на периферии - наоборот. Вполне ясно на пальцах: излучение своим давлением разбрасывает вещество и оно бы улетело, если бы стенки не мешали. А общее давление на стенки такое же, как общее давление в центре. Ну конечно еще будут поправки за счет того, что излучение течет. Максимальную такую поправку я вычислил ранее. Она именно максимальная потому, что соответствует максимально текущему излучению.
Конечно еще в неоднородной плазме могут разделяться заряды (я так понимаю такой эффект вы не учитывали). Возникнет электростатическое поле. Тензор Tij такого поля тоже не трудно добавить в уравнения. Только все равно ничего не получается. В итоге мы просто вынуждены признать, что все, что вы тут нам рассказываете, это полная чепуха.
..В итоге мы получаем, что 3-градиент суммы давления вещества и давления излучения это ноль. Т.е. сумма давлений вещества и излучения это константа (закон Паскаля однако). Так что в центре, где большая температура и высокое давление излучения, получается низкое давление вещества а на периферии - наоборот. Вполне ясно на пальцах: излучение своим давлением разбрасывает вещество и оно бы улетело, если бы стенки не мешали. А общее давление на стенки такое же, как общее давление в центре.
А какая разница между теплопроводящей средой, если источник энергии точка в центре, и тепловыделяющей средой? Я полагаю, что Ваши выкладки относятся к теплопроводящей среде с источником энергии в центре.
А по барабану где там выделяется тепло! Энергия энергией а импульс импульсом. Если материя не движется, то переноса импульса нет. А градиент давления это и есть перенос импульса.
Не совсем по барабану. Имеем две среды. От 0 до r тепловыделяющая среда. От r до R теплопроводящая. Судя по вашим выкладкам, эти две разные среды описываются одинаковыми уравнениями. Далее, Вы рассматриваете стационарный случай и берете релятивистское уравнение. Давайте не будем забывать, что при этом мы не имеем права пренебрегать тем, что в тепловыделяющей среде идет превращение энергии покоя (массы) в кинетическую энергию вещества и излучения. Вот то, что идет в кинетическую энергию вещества и порождает градиент давления.
Не понимать чем отличается импульс от энергии, пусть даже кинетической, это... сильно! Все, надоело, дискуссия окончена...
Не возражаю. Теория, в которой две разные среды (тепловыделяющая и теплопроводящая) описывается в точности одинаковыми уравнениями, ложна.
"Вот на радиусе в 3 мм эти 3000 атм. вы хотя бы в принципе получить можете. И то только в очень специальном случае, когда вся реакция идет внутри этого радиуса, все вокруг прозрачно а внутри непрозрачно."
И я бы добавил, что реакция внутри этого радиуса должна быть такой, что все излучение, рождаемое ею, должно быть строго направлено по радиусу от центра реактора... :-)
Что очень вряд ли.
Тем более, что реакция будет идти и в глубине этого радиуса (а он ведь принят вами непрозрачным), и излучение там тоже будет всенаправленным.
PS: А если почитать ответ Ивана на ваш данный пост, то излучает оказывается... наружная часть этого радиуса! А внутри радиуса почти ничего и нет!
В программке Ивана есть явная ошибка. Да похоже еще и не одна. :-(
Ошибки в программе конечно же есть. Но не существенные. Программа каждый день понемножку совершенствуется.
По поводу того, что излучает. В программу заложено, что энергия выделяется повсеместно, где есть топливо, вещество (??Вт/кг). На самом деле я должен уточнить программу, сводя тепловыделение во внешних слоях к нулю, поскольку нейтроны к внешним слоям не доходят. При этом уравнение теплового гидростатического равновесия синхронно переходит в dp/dr=const.
"-У вас задача с течением. Излучение течет.
-С какой скоростью? :-)
-Со скоростью света, с какой же еще."Нет. Значительно меньше. Если посмотреть на график, то за пределами реактора действительно "с", внутри реактора "0". Этот график меня удивил, и я "заказал программе" построить не график скорости, а график логарифма скорости, получил нечто вроде буквы s со срезанными верхней и нижней частями. Это и понятно, проходя каждый микрон пути, свет испытывает множество столкновений и рассеяний.
-Но конечно я все же думаю, что такой реактор это интересная теор. задачка и не более. Спалит там излучение любой вольфрам, вопросы устойчивости плазмы и т.п. Ну лет через 300 может быть... И то как сказать:-)
1. Не спалит, вольфрам контачит со слоем, имеющим температуру тысячу K, а этот слой контачит со слоем, имеющим температуру 2000K, а этот слой контачит...
2. Проблемы устойчивости плазмы могут существовать для плазмы, окруженной вакуумом, а в нашем случае очень плотная плазма со всех сторон окружена такой же плазмой. Температура и давление, конечно, меняются вдоль радиуса, но это изменение соответствует уравнению теплового гидростатического равновесия.
3. Нет не триста лет, - Суперреактор можно сделать за три года, - было бы желание.
Probably, this is non-trivial Political Imaginary Experiment, a kind of Christmas fiction for American poor imagination. Why not?
I hope it will be performed in Practice.
There are intuitive assumptions having unpredictable political and economic nature. In particular, an existence of number of powerful "clowns" in international politics is essential.
Это пустая болтология с ярлыками, Вы укажите на какой-нибудь пункт, препятствующий реализации этого проекта.
Well. Can You express Your Imagination in Numbers (US dollars, rubles)? I suppose it is unspeakable...Happy Christmas.
Зачем в рублях и долларах. Лучше выразить в стоимости строительства одного уранового реактора. Один калиевый реактор может заменить 1000-10000 атомных электростанций. Очевидно - строительство суперреактора на два-три порядка дешевле строительства соответствующего количества урановых реакторов.
Топливо. Калия на Земле на несколько порядков больше, чем урана,.. Однако здесь есть проблемка, - и в том, и в другом случае нужно обогащение. В принципе, на начальных этапах калиевый Суперреактор может работать на природной смеси K39, K40, K41, т.е. без удаления из смеси изотопа K41. Но при этом он будет слабо восполнять изотоп K40, но пока существуют урановые реакторы, восполнение K40 не представляет особых проблем. А далее, уже в процессе работы самого Суперреактора, часть его энергии (к примеру, 1%) может быть направлена на самоочистку от изотопа K41. Через пару лет работы он будет чист, и потребует мизерной подкачки изотопом K40. И еще по сравнению цен: урановые реакторы оставляют после себя радиоактивные отходы, которые надо захоронять и тратить большие средства, калиевый реактор - экологически чист.
Спустя несколько дней. 12.01.2008.
Суперреактор, некоторые поправки.
К сожалению, вновь вычисленные параметры оказываются слишком экстремальными, чтобы можно было рассчитывать на возможность постройки такого реактора. Дело в том, что для того чтобы он работал, необходимо, чтобы он имел сравнительно малые размеры при огромных мощностях. Вероятно минимально возможная мощность Суперреактора будет порядка 1ГВт - 109 Вт. Максимально возможная мощность порядка 100ТВт, и это не предел. Это максимум требуемой энергии, к примеру, для всей Европы.
Рассмотрим параметры для самого маломощного Суперреактора, выдающего 1ГВт. Данные я беру, пользуясь своей программой "Тритий в банке". На самом деле там не банка, а, скорее, вольфрамовый арбуз. И внутри этого арбуза не тритий, а калий. Радиус арбуза 25 см. Вольфрамовая скорлупа - 5 см. В скорлупе тысяча маленьких отверстий и двенадцать побольше. Внутренний радиус Арбуза - 20 см.
Арбуз протыкаем тысячью трубок торчащих внутрь арбуза и заканчивающихся в конвективной зоне арбуза. Конвективная зона лежит в пределах от r = 10 см до r=20см. Это квази-изотермическая зона, в которую входит тысяча трубочек, каждая из которых по ходу утончается и имеет по тысяче отверстий, из которых под давлением порядка 100 атмосфер в реактор вдавливается калий при температуре порядка 200 K. Но средняя температура в этой зоне все равно выше, и составляет порядка 3-5 тыс. К.
Глубже идет активная зона, начинающаяся на радиусе 10 см. Здесь теплопроводящая среда плавно переходит в тепловыделяющую среду и уравнение dp/dr=const переходит в уравнение теплового гидростатического равновесия. Начинается стремительный рост давления, и концентрации частиц (плотности). Максимум плотности наступает при r=8,6см, где она оказывается равной 550 тонн/м3. Для сравнения в конвективной зоне плотность примерно равна 1 тонне/м3. В области высокой плотности идут реакции захвата нейтронов изотопом К-39. K39+n=K40+7.8 MeV. А прилетают эти нейтроны сюда из высокотемпературной области.
Высокотемпературная область лежит в пределах от нуля до r=7см. Причем в пределах от нуля до 4 см температура с большой точностью везде одинакова и равна примерно 220 млн.К. При r = 7 см T=200 млн.К; при r = 8 см T=180 млн.К; при r = 10 см - в тысячу раз меньше. Итак, в высокотемпературной зоне, простирающейся от нуля и до r=7см, идут реакции К40+p=Ca40+n+0.529 MeV.
Но выделяемая мощность столь велика, что снять её обычными способами с реактора невозможно. Преобразуем арбуз в нашем воображении в футбольный мяч, сшитый из 12 пятиугольников. По центру каждого пятиугольника выходное отверстие, - отвод, с надетой на него катушкой. Регулируя ток в катушке, мы можем регулировать поток плазмы калия из реактора. Магнитное поле также не дает контактировать вылетающей плазме с поверхностью самого отвода. Температура плазмы при выходе из реактора на периферии потока порядка 3000К, а по оси потока порядка сотен тысяч K.
Этот поток устремляется между электродами МГД-генератора. При этом электроды, обдуваем "холодной" плазмой, чтобы реакторная плазма не сожгла электроды. А еще лучше почти все оборудование, контактирующее с этой плазмой, делать пористым, потеющим. Через поры поступает тот же калий, но при низких температурах.
После прохождения МГД генератора уже подостывшая плазма идет на турбогенератор. Далее на конденсатор, далее в компрессор и, наконец, через двести маленьких отверстий-трубочек впрыскивается в тот же пятиугольник реактора, с которого она вышла. Таким образом, вокруг реактора установлены 12 мощных МГД генераторов и 12 калиевых турбогенераторов. Какие будут идеи, возражения?
Снимут ли эти установки 109 Вт?
Да, совсем забыл, полная масса калия в активной зоне, несмотря на максимальную плотность 550 тонн/м3, оказывается равной 1 тонне.
Есть и еще одна проблема, но это уже следующем выпуске альманаха "SuperReactor".
А не лучше ли иметь несколько менее мощных реакторов?— Безопасней и надёжней.
Для того чтобы протекали ядерные реакции, необходимо соблюдение некоторых условий: высокие температуры в области одной реакции; высокие плотности в области другой реакции; а главное - сечения реакций. К сожалению, теоретические значения реакции K40+p=Ca40+n+Q сравнительно невысокие, - на порядок-два ниже для соответствующих энергий дейтерия. Дейтерий сжимать нельзя, - это бомба. Сжимая калий, мы получаем тот примерный минимум мощности/размеров, которые приведены выше в сообщении "Суперреактор, некоторые поправки".
PS: Я пользуюсь теоретическими сечениями реакции K40(p,n)Ca40. Нет ли у кого данных по экспериментальным значениям этой реакции.
Я же Вам о другом писал.
Я вам ответил. Уточню. Реактор меньшей мощности построить невозможно. Вот две главные причины.
1. Сложно снять энергию с малой площади.
2. Нейтрон, вылетающий из высокотемпературной зоны, должен быть захвачен в зоне высокой плотности. Уменьшая мощность реактора, мы делаем тоньше зону высокой плотности, т.е. она будет становиться прозрачней для нейтронов. Чем больше нейтронов покидает реактор за цикл, тем меньше выделяемая мощность на следующем цикле. В итоге остановка реакций, или необходимо постоянно подпитывать реактор нейтронами.
Реактор может быть и не прессъядерным.
Вы предлагаете осуществить реакции с калием в установке типа ТОКАМАК?
В принципе можно. Но при этом возникает другая проблема.
Как это сделать на ТОКАМАКе?
Вот так:
Греем водород и K40 традиционным способом. При этом из области реакции улетают нейтроны, которые захватываются в оболочке тора изотопом K39, и в результате там накапливается изотоп K-40.Проблема:
После какого-то периода работы (неделя, месяц...) реактор нужно останавливать, отдирать смесь K39 с малой примесью K40 с оболочки и разделять на составляющие.В случае прессъядерного реактора эту процедуру осуществлять не надо. Хотя там тоже перед запуском необходимо очищать природную смесь калия от изотопа K41, а далее, в процессе работы, производить незначительную подкачку изотопом K40.
Все чуть сложнее. Можно рассматривать два газа. Один оз сталкивающихся между собой частиц. Другой из не сталкивающихся. (Причем для сталкивающихся можно указать радиусы настолько маленькими, чтобы газ остался идеальным, т.е. не ван-дер-ваальсовским). При этом понятно, что результаты должны быть разными. Но согласно стандартному уравнению гидростатического равновесия никакого различия нет.
А у нас есть:
dp/dr = -ρg - для несталкивающегося;
dp/dr = -ρg+2p/r - для сталкивающегося.Программа также показала, что теорема о вириале для этих газов выглядит по разному:
P+2U=0 - для несталкивающегося.
P+2H=0 - для сталкивающихся.
H - энтальпия, - величина, играющая роль внутренней энергии при изобарных процессах.Вопрос: Если в вашей комнате работает камин, и затрачено 1 Дж электроэнергии, куда при этом пойдет этот 1Дж? На внутреннюю энергию воздуха в комнате, или на его энтальпию? Ответ: на энтальпию. Потому что верна наша теорема о вириале, а не та, что применяется в астрофизике.
Февраль, 2009. Текст выше написан в начале 2008 года. Осенью 2008-го эта идея дополнена следующим: смесь калия и водорода должна содержать некоторый изотоп X, приводящий к реакции X(n,2n)Y. Такие вещества существуют, и эта реакция дополнительно восполняет изотоп К40 в смеси.
darkenergy@yandex.ru Иван Горелик
