Лемешко Андрей: другие произведения.

Химический Ядерный Реактивный Двигатель

Журнал "Самиздат": [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь]
Peклaмa:
Конкурс фантастических романов "Утро. ХХII век"
Конкурсы романов на Author.Today

Летние Истории на ПродаМане
Peклaмa
 Ваша оценка:
  • Аннотация:
    Ядерная химия сродни магии. Альтернатива ЯРД


   СЛОВО О НЕБЕСНЫХ КОРАБЛЯХ. Глава 1. Двигатели на реактивной тяге. СКАЧАТЬ КНИГУ
  

1.19 Химический Ядерный Реактивный Двигатель...

  
   Вступление.
  
Идея ядерного реактивного двигателя возникла давно. Почему же до сих пор этот двигатель не вытеснил обычные реактивные двигатели? Ответы яко бы очевидны. И про них будет сказано в данной статья. Также мы коснемся самой важной причины по которой ЯРД стал тупиковой веткой развития двигателестроения. И далее разберем как изменить ЯРД таким образом, чтобы его можно было использовать не только в космосе, а и в гражданской авиации.
  
   Классический ЯРД.
  
   Классический ЯРД до слез напоминает гигантский радиоактивный паровоз. Для успешных межпланетных путешествий нам нужно добиться максимальной скорости истечение рабочего тела (газов) из сопла реактивного двигателя. Чем быстрее, тем лучше. Химический реактивный двигатели уже себя в этом плане исчерпали. И тогда инженеры предложили прогонять газы через рабочую зону реактора.
    []
   Предлагалось также прогонять через рабочую зону реактора и воду. В рабочей зоне реакторы тело нагревается до температуры 3000 градусов по Цельсию и истекает из сопла с огромной скоростью придавая ракете большое ускорение. Далее уже вокруг описанного концепта возникли и другие варианты ЯРД. Также не появившиеся на космических трассах.
   Почему тупик.
   Естественно, что подобный двигатель не может быть надежным и безопасным как паровоз, кроме этого его ресурс очень незначительный. В силу огромных температур как внутри ядерного реактора, так и в сопле при истечении раскаленных газов. Материалы способные выдерживать длительное время такие и тепловые и физические нагрузки отсутствуют в природе. Давление газов и температура разрушают конструкцию очень быстро. Плюс опасность радиоактивного заражения при разрушение сделали этот двигатель игрушкой фантастов и не более. Что ж давайте реанимируем данный концепт. Укажем на ошибки конструкторов и предложим новый концепт ядерного реактивного двигателя.
  
   Главные ошибки.
  
   Итак, разберем две основные ошибки которые допустили конструкторы. Первая не правильно выбрано рабочее тело или же вещество, которое нужно прогонять через двигатель. Всегда нужно использовать то, что под рукой. Бери ближе кидай дальше. Под рукой у нас воздух. Да были сделаны попытки создать ЯРД на воздухе, когда через рабочую зону реактора прогонялся забортный воздух. И это не спасло двигатель. Почему? Потому, что воздушная смесь использовалась не рационально. Далее воздух нагревали. А температура -- это вторая причина по которой двигатель разрушается. Греть газ или воду любую это ошибка. Подведем итог. Нужно использовать максимально свойство воздушной среды и отказаться от ее нагрева.
  
   Свойства воздуха.
  
   Воздух уникальная смесь. В нормальных условиях в 1 см3 воздуха содержится около 750 положительных и 650 отрицательных аэроионов. [1]
При этом отрицательные аэроионы -- это молекулы кислорода О2, а положительные это молекулы СО2 [1]. То есть просто ионизируя воздух и прогоняя его через постоянное магнитное поле или сепаратор. Можно получить кислород и углекислый газ. Кислород О2 прекрасное сырье для производства ОЗОНА.
   А вот озон просто идеальное рабочее тело для реактивного двигателя. Цитирую Справочник химика 21:
   "Озон, взрывоопасность. Озоно-воздушная или озоно-кислородная смеси, содержащие более 10% озона, взрывоопасны. Но те же смеси с меньшими концентрациями озона устойчивы при давлении в несколько атмосфер, при нагревании, при ударе и в реакциях со следами органических загрязнений. Чистый озон взрывается с огромной силой от самых ничтожных импульсов"
   И далее "В настоящее время предполагают, что начальным импульсомдля взрыва могут явиться следующие факторы ударкавитационные явления в жидкости, разряд статического электричестватрение твердых частиц взрывоопасных примесей между собой и о стенки аппаратов, присутствие особо реакционноспособных веществ (озон, окислы азота, неустойчивые органические соединения типа перекисей) и т. п."[2] То есть сама по себе воздушная смесь кладезь для реактивного двигателя. При правильном подходе. А как добывается озон? Об этом далее.
  
   Исправляем ошибки
  
   Итак, вместо того что бы греть и раскалять воздушную смесь, энергию нужно направить на получение кислорода путем предварительной сепарации забортной воздушной смеси, а далее энергию деления, например, изотопов при котором возникает ионизирующее излучение направлять на получение ОЗОНА. Так цитирую "Химическое действие ионизирующего излучения
   Ионизирующее излучение может вызывать химические превращения вещества. Такие превращения изучает радиационная химия. Под действием ионизирующего излучения происходят следующие превращения[14]:
  -- Превращение молекул кислорода в молекулы озона[15], [4] [3]
   Смотрим, что может быть источником "ионизирующего излучения"
   "Источники ионизирующего излучения
   Природные источники ионизирующего излучения:[6][7][8]
  -- Спонтанный радиоактивный распад радионуклидов.
   Искусственные источники ионизирующего излучения:
  -- Искусственные радионуклиды.
  -- Ядерные реакторы. [4][3]"
   То есть выделим нужное с помощью "спонтанного распада радионуклидов", "искусственных радионуклидов" "ядерного реактора" мы можем получать ОЗОН прямо на борту корабля. При этом не подвергая воздушную смесь сильному нагреву. Итак, мы приблизились к новому концепту ЯРД. Правильнее его будет назвать Химический Ядерный Реактивный Двигатель.
  
   Химический Ядерный Реактивный Двигатель.
  
   Итак, новая концепция ЯРД заключается в том, что двигатель является двух фазным. Смотрим рисунок "Химический Ядерный Двигатель", на нем изображен "ХЯРД открытого типа".
    []
   На первом этапе воздушная смесь проходит через "кислородный концентратор", "Принцип работы кислородного концентратора таков: он состоит из двух цилиндров, комнатный воздух проходит сквозь находящуюся внутри цилиндров сеть из шариков цеолита - 'молекулярное решето', которое задерживает молекулы азота и пропускает молекулы кислорода. В результате чего кислородный концентратор вырабатывает 95 % кислородную смесь.[7] Также можно использовать "кислородные концентраторы" на основе "Магнитной сепарации воздуха", В результате процесса магнитной сепарации происходит разделение воздуха на кислород, азот и остальные газы. [8]. Азот при обоих способах сбрасывается в атмосферу. На втором этапе кислород проходя через специальную изотопную батарею подвергается сильному ионизирующему излучению и становится ОЗОНОМ либо же облучается ультрафиолетом в зависимости от конструкции озонатора. Отдельно можно упомянуть способ получения Озона в СВЧ поле. Образование озона в СВЧ-поле При пропускании струи кислорода через СВЧ-поле наблюдалось образование озона. Этот процесс мало изучен, хотя генераторы, основанные на этом явлении, часто используются в лабораторной практике.[9]См. "Озонатор" Важно получить на выходе ОЗОНО-кислородную (воздушную) смесь минимум содержащую 10 % озона.
   Далее 10 % смесь Озон и Кислорода подается в зону детонации где и происходит врыв и возникает реактивная струя См. "детонация"
   Под действием например электрического разряда (см. Свеча Зажигания) озоно-кислородная смесь детонирует и возникает реактивная тяга. См. "Сопло". Можно добавлять и воздух из атмосферы если смесь будет получатся с выше 10 % азота. При разложении чистого озона получится больше энергии. Примерно 144 кДж/моль, или 715 ккал/кг. Это чуть-чуть больше, чем теплота сгорания чёрного пороха.
   Может чуть больше все же это воздушно озоновая смесь + пыль там подсасывает то есть реакция несколько иной будет. Но тоже уровень ракеты на черном порохе интересен". Возразить тут особо нечего так что конструкция с "озоно-воздушной смесью" и зажиганием от свечи зажигания самая эффективная и пригодна в том числе и для открытого космоса. Итак окончательные вариант.
  
   Окончательны вариант
   Учтя то, что в космосе воздуха нет можно предложить следующий вариант двигателя. В этом варианте реализована прямое создание кислородно-озновой смеси, в ОЗОНАТОРЕ где количество ОЗОНА доводится минимум до 10 % и выше. Напомню что "Озоно-воздушная или озоно-кислородная смеси, содержащие более 10% озона, взрывоопасны"[2]. И "В настоящее время предполагают, что начальным импульсом для взрыва могут явиться следующие факторы ...разряд статического электричества".[2] Учитывая это можно предложить следующий вариант двигателя. См. Рис "Химический Ядерный Реактивный Двигатель"
    []
Кислород поступает в ОЗОНАТОР где превращается в озоно-кислородную смесь, а далее поступает в место детонации где инициируется детонации электрическим разрядом. Атмосферный вариант подразумевает наличие в схеме "кислородного концентратора". С помощью которого бак заполняется атмосферным кислородом
    []
Скорее всего такая схема пригодна для аппаратов межполушарного перелета. Когда аппарат будет стартовать с Земли выходить на орбиту облетать ее и садится опять в атмосферу в другом полушарии.
  
   ХЯРД закрытого типа.
  
  Естественно такой двигатель годится для атмосферы где много кислорода. Но например в атмосфере Марса больше азота 4 %. Да и в атмосфере Земли полно Азота. Выбрасывать его за борт не целесообразно. Что ж еще в 1909 году Резерфорд бомбардируя атомы Азота преобразовал их в Кислород [11].
    []
Это одна из первых ядерных реакция и собрать камеру Резерфорда используя например Америций-241 Кюрий -244 Плутоний -239 и даже Уран - 234 или 239. Вполне по силам эти изотопы прекрасно излучают альфа частицы.[10]. Таким образом используя "камеру Резерфорда" мы сможем получить двигатель именно ядерный. Конечно нужно понимать, что КПД преобразования Азота в Кислород в камере Резерфорда очень низкий. Поэтому просто схематически изобразим сам принцип. И далее коснемся увеличения КПД камеры Резерфорда.
    []
Как видно из рисунка тут уже ХЯРД закрытого типа. Азот не выбрасывается в атмосферу, а направляется в камеру Резерфорда, где преобразовывается в Кислород. Далее кислород поступает в Озонатор и идет к месту детонации. В идеале было бы отлично совместить и "камеру Резерфорда" и "Озонатор". Но так будет не очень наглядно объяснять процессы происходящие в двигателе.
  
   Ядерный реактор на Альфа частицах.
   Итак нам нужно существенно поднять КПД камеры Резерфорда. Все таки попадание альфа частиц в атом Азота в ней происходит слишком редко и случайно. Что бы понять как поднять кпд нужно вспомнить несколько фактов. Первый факт это то, что "Поток альфа-частиц представляет собой поток ядер гелия, имеющих положительный заряд.  [12 ]Интересно, что при альфа-радиоактивном распаде тяжелых ядер образуется поток альфа-частиц ( ядер гелия), не претерпевающих дальнейшего распада, что является дополнительным доказательством особой устойчивости гелия.  [12]" Второе Пробег альфа-частиц в различных веществах в зависимости от энергии Еα для воздуха составляет от 2.5 см до 10.6 см
    []
  То есть гелий в силу своей устойчивости просто теряет энергию если не попал в ядро и просто замедляется. Нам же нужно для повышения КПД преобразования Азота в Кислород. Сохранить энергию ядра гелия и удлинить пробег. Сделать это можно совместив, камеру куда подается Азот и альфа-частицы с циклотроном.
    []
  Вес циклотронов конечно приличный, но нам ведь нужен найти оптимальный пробег альфа частицы так и ее энергию при котором вероятность преобразования Азота в Кислород будет наиболее высокой. И может так оказаться, что размеры и вес циклотрона который будет служить катализатором преобразования Азота в Кислород будет приемлемым. Хотя эта реакция и эндотермическая и идет с поглощение тепла. Выделение энергии в ней превышает затраты на разложение [15].
    []
[15] Наличие такого "низкотемпературного" реактора на борту полностью решит все энергетические потребности экипажа. На данный момент разработка низкотемпературных ядерных реакторов не ведется в силу относительно низких температур которые наблюдается при синтезе Кислорода из Азота. Нас же интересует не тепло, а именно преобразование Азота в Кислород. И да Резерфорд по сути открыл "холодный ядреный синтез" в котором при обычной температуры ядро гелия сливается с ядром Азота. Почему его не называют "отцом ХЯС" совсем не понятно.
   Достоинства двигателя.
   Достоинства двигателя очевидны. Первое низкая взрывоопасность. Кислород до озонации не взрывается. То есть ракету с таким двигателем сложно назвать "коктейлем молотова" коими по факту являются все ракеты на химическом топливе. Далее наверное самое важное то, что будучи по своей природе ядерным, радиоактивность его выхлопа сведена к минимуму. Следующим достоинством есть то, что двигатель не перегревается. На всех этапах работы можно поддерживать комфортную для узлов и агрегатов температуру. Это повышает ресурс данного двигателя делает его долговечным. Достигается это за счет того, что энергия от ядерного реактора либо изотопной батареи начиненной искусственными изотопами отбирается в виде ионизирующего излучения. Для этого нет нужны нарушать герметичность, например, зоны ядерного реактора или же допускать контакт атмосферы с изотопами, находящимися в "озонаторе". Использования ОЗОНАТОРА на искусственных изотопах позволяет использовать реактивный двигатель в атмосфере и ближайшем космосе. Так как нет запрета на использование радиоизотопных батарей в атмосфере или космосе. Запрет распространяется лишь на "ядерный реакторы". Можно вообще отказаться от озонатора на ядерном топливе, а использовать озонатор на ультрафиолетовом излучении. Которое отлично превращает кислород в Озон. Далее атмосферному варианту этого двигателю не нужен запас обычного топлива на борту при движении в атмосфере. Он берет воздух прямо из атмосферы. Что разом делает его вне конкуренции.
  
  
   Литература:
  
  -1- Заметки на тему аэроионизации. Из работ А.Л. Чижевского, Е.Э.Лесгафт, А. А. Минха
   http://greentechcis.net/statii/zametki-na-temu-aeroionizacii
  
      -2- Справочник химика 21 ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
   http://chem21.info/info/1103596/
      -3-  Curie P., Curie M. (1899). "Effets chimiques produits par les rayons de Becquerel"Comptes rendus de l'AcadИmie des Sciences129: 823-825.
   4.Ионизирующее излучение
   Материал из Википедии -- свободной энциклопедии https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D1%80%D1%83%D1%8E%D1%89%D0%B5%D0%B5_%D0%B8%D0%B7%D0%BB%D1%83%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5#cite_note-15
   5. индукционный нагреватель газа
  http://www.findpatent.ru/patent/58/582597.html
   6. Озон. Материал из Википедии. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%B7%D0%BE%D0%BD
   7. ВИКИПЕДИЯ. КИСЛОРОДНЫЙ КОНЦЕНТРАТОР
  https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D1%86%D0%B5%D0%BD%D1%82%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80.
   8.Магнитная сепарация воздуха
  http://magnitog.ru/magnitnye-tekhnologii/10-magnitnaya-separatsiya-vozdukha.html
   9.Свойства озона.http://xenozone.ru/tech/support/articles/art1
   10 Источники Альфа частиц. http://www.isotop.ru/files/treecontent/nodes/attaches/0/92/noname..pdf
   11 Получение Кислорода из Азота. https://books.google.com.ua/books?id=utcuDAAAQBAJ&pg=PA24&dq=%D1%8F%D0%B4%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%8F+%D1%85%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%8F.+%D0%9F%D0%BE%D0%BB%D1%83%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5+%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%B0+%D0%B8%D0%B7+%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D1%82%D0%B0&hl=ru&sa=X&ved=0ahUKEwjvlOL3n6XfAhXskosKHeOeAxYQ6AEIKDAA#v=onepage&q=%D1%8F%D0%B4%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%8F%20%D1%85%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%8F.%20%D0%9F%D0%BE%D0%BB%D1%83%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5%20%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%B0%20%D0%B8%D0%B7%20%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D1%82%D0%B0&f=false
   12 Большая энциклопедия Нефти и Газа. Поток - альфа-частица. http://www.ngpedia.ru/id298386p1.html
   13.http://nuclphys.sinp.msu.ru/partmat/pm01.htm
   14. Выдержка из книги Путилов К.А. Курс физики Т.3 Изд.2 http://www.ngpedia.ru/pg1149992nRZwSXR0007298386/
   15. Общая энергетика: водород в энергетике. Учебное пособие для вузов Авторы: Сергей Щеклеин, Валентина Тюльпа, Руслан Радченко, Александр Мокрушин
   https://books.google.com.ua/books?id=OA1ZDwAAQBAJ&pg=PA124&dq=%D0%BF%D1%80%D0%B5%D0%BE%D0%B1%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5+1+%D0%BA%D0%B3+%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D1%82%D0%B0-14+%D0%B2+%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4&hl=ru&sa=X&ved=0ahUKEwil-8XxxrjfAhWKYVAKHYd3DPYQ6AEIKDAA#v=onepage&q=%D0%BF%D1%80%D0%B5%D0%BE%D0%B1%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5%201%20%D0%BA%D0%B3%20%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D1%82%D0%B0-14%20%D0%B2%20%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4&f=false

 Ваша оценка:

Популярное на LitNet.com В.Соколов "Обезбашенный спецназ. Мажор 2"(Боевик) С.Казакова "Своенравная добыча"(Любовное фэнтези) А.Емельянов "Мир Карика 9. Скрытая сила"(ЛитРПГ) Е.Флат "В пламени льда"(Любовное фэнтези) Р.Прокофьев "Стеллар. Инкарнатор"(Боевая фантастика) М.Снежная "Академия Альдарил: роль для попаданки"(Любовное фэнтези) М.Снежная "Академия Альдарил: цель для попаданки"(Любовное фэнтези) А.Вильде "Джеральдина"(Киберпанк) Б.Толорайя "Чума-2"(ЛитРПГ) Б.лев "Призраки Эхо"(Антиутопия)
Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
Д.Иванов "Волею богов" С.Бакшеев "В живых не оставлять" В.Алферов "Мгла над миром" В.Неклюдов "Спираль Фибоначчи.Вектор силы"

Как попасть в этoт список
Сайт - "Художники" .. || .. Доска об'явлений "Книги"