О ПРЕОБРАЗОВАНИИ ЭНЕРГИИ ТЕРМОЯДЕРНОГО ВЗРЫВА

О ПРЕОБРАЗОВАНИИ ЭНЕРГИИ ТЕРМОЯДЕРНОГО ВЗРЫВА
В статье «Преобразование энергии термоядерного взрыва в электрическую
энергию» изложена идея: в скальной породе, на большой глубине можно
создать полость («котёл») большого объёма; если заполнить её водной массой
(низ – жидкость, верх – водяной пар большого давления) и взорвать в центре
объёма, занятого жидкостью, термоядерный заряд малого калибра, то энергия
взрыва будет поглощена водной средой (испарение жидкости, пар высокого
давления подаётся на турбину) и стенки «котла» не будут повреждены. Взрыв
предполагалось произвести в равновесных условиях. Возможна более
эффективная схема преобразования энергии термоядерного взрыва.
ОСНОВНАЯ ИДЕЯ. Одновременно с извлечением водной массы из «котла»
(преобразование энергии), заполняется водой расположенный над «котлом»
объём, термоядерный заряд располагается на заданной высоте в водной среде
этого объёма; после понижения давления водяного пара в «котле» до заданного
значения, в котёл сбрасывается накопленная вода, вместе с ней в «котёл»
падает и термоядерный заряд; на заданной глубине термоядерный заряд
подрывается,
продукты взрыва первоначально взаимодействуют с жидкой
водой большой плотности (1г/см3; вода при падении формирует вертикальный
столб, вокруг располагается среда из водяного пара), в которой происходит
первоначальное перераспределение энергии, затем задействованная масса
расширяется в сжимаемой среде (водяной пар) и в результате у стенок «котла»
давление расширяющейся среды уменьшается до значений, при которых не
происходит разрушение стенок; большой объём жидкой воды располагается
выше зоны взрыва, что способствует быстрому перераспределению энергии
взрыва по всему объёму.
На рис. показана схема реализации проекта: 1- полость в скальном грунте
(«котел»); 2- ёмкость над «котлом» (1), которая заполняется водой во время
отбора из «котла» (1) водяного пара; 3- расположенный в ёмкости (2)
термоядерный заряд; 4- механизм, позволяющий сбрасывать в «котёл» (1) воду
из ёмкости (2); 5- граница падающей из ёмкости (2) воды в «котёл» (1); 6место подрыва термоядерного заряда (3);
7- расширение на боковой
поверхности «котла» (1) на уровне подрыва термоядерного заряда (3);
8уровень водной поверхности в «котле» (1) на момент подрыва
термоядерного заряда (3); 9- осевшие на дно «котла» (1) радиоактивные
отходы; 10- скальный грунт, в котором размещается «котёл» (1); 11- каналы,
по которым из «котла» (1) отводится водяной пар; 12- пробуренные по
периметру боковой поверхности «котла» (1) вертикальные скважины, по
которым вода поступает в нижнюю часть «котла» (1) (служат для уменьшения
тепловых потерь через боковую поверхность «котла» (1): вода, перемещаясь
вдоль боковой поверхности «котла» (1) нагревается и тепловая энергия
возвращается в «котёл» (1) (более холодная вода имеет большую плотность,
поэтому температура жидкости у дна «котла» (1) может быть ниже
температуры водяного пара над водной поверхностью (8)); 13- запирающее
-2устройство между каналом (11) и объёмом (2); 14- поплавок-поршень из
теплоизолирующего материала, разделяющий жидкую и паровую фазы в объёме
(2) (объём (2) имеет цилиндрическую форму, поплавок-поршень плотно
прилегает к стенкам этого цилиндра, но не требуется герметичности).
10
11
3
14
13
12
2
4
5
7
1
6
8
9
Ниже приводятся значения параметров, которые получены в результате
приблизительных расчётов (для сравнения за основу берутся ранее приводимые
значения): в статье описывается принцип идеи, а не приводится подробное её
обоснование (зачем делать детальные расчёты, если идею отклонят по совсем
другим причинам).
Предполагается, что применяется термоядерный заряд, при взрыве которого в
энергию превращается 10г. вещества, это 8,99*10(8) МДж энергии. Радиус
«котла» (1) равняется 50м (площадь сечения 7850м2); радиус столба воды (5)
равняется 20м (площадь сечения 1250м2), соответственно толщина слоя пара
равняется 30м. Глубина «котла» (1) равняется 400м (перед термоядерным
взрывом пар занимает 300м, а слой воды 100м). Давление пара перед взрывом
равно 200атм (Рп). (температура 366*С (Тп), плотность 170кг/м3), масса пара в
«котле» (1) равна 400 000т. Общая масса воды в «котле» (1) 850 000т. (в жидком
-3слое воды на дне «котла» (1) плотность изменяется в зависимости от глубины).
Из «котла» (1) изъято 300 000т пара, убыль воды компенсируется: 250 000т
вбрасывается сверху, 50 000т поступает через скважины (8). Плотность водной
среды после термоядерного взрыва в «котле» (1) 324кг/м3 (к объёму «котла»
(1) добавляется объём камеры (2)).
При взрыве в равновесной среде предполагалось: перед взрывом – Рп=100атм,
Тп= 310*С; после взрыва – Рп= 400атм, Тп= 420*С.
Преимущества предложенной схемы преобразования энергии термоядерного
взрыва:
- практически процесс происходит непрерывно (десятки сек. продолжается
загрузка «котла» (1) водой, подрыв термоядерного заряда, перераспределение
выделенной при взрыве энергии; десятки часов продолжается отбор энергии;
при подрыве термоядерного заряда в равновесной среде нужно устанавливать
заряд (3) в «котле» (1); закачивать воду (компенсировать извлечённую массу
пара) , охлаждая водную среду в «котле» (1) (в предложенной схеме
поступающая в «котёл» (1) вода нагревается непосредственно энергией
термоядерного взрыва; чтобы нагреть 250 000т воды от 40 до 310*С
(температура водной среды в «котле» (1) при подрыве термоядерного заряда
(3) в равновесной среде) необходима примерно треть энергии, которая
выделяется при термоядерном взрыве));
- более благоприятные условия, как при подрыве термоядерного заряда, так и
для перераспределения энергии термоядерного взрыва (взрыв практически
производится непосредственно в сжимаемой среде (слой пара вокруг «столба»
воды, в котором подрывается термоядерный заряд), поглощающая энергию
среда более равномерно распределена по объёму «котла» (1) (в момент взрыва
в верхней части «котла» (1) расположена жидкая падающая вода)).
Поясним принцип действия механизма подачи воды в «котёл» (1) из объёма
(2). С открытием механизма (4) открываются запирающие устройства (13) и
пар из «котла» (1) начинает давить через поплавок-поршень (14) на воду в
объёме (2). После падения воды поплавок-поршень (14) опускается на
амортизаторы (на рис. не показано), практически сразу происходит
термоядерный взрыв заряда (3) в точке (6) и давление в «котле» (1) и над
поплавком-поршнем (14) резко повышается, но устройство (4) находится под
одинаковым давлением и может быть закрыто. Начинается отбор энергии
(откачка пара из «котла» (1)), давление (Рп) и температура (Тп) уменьшаются,
в определённый момент запирающие устройства (13) закрываются, под
поплавок-поршень (14) подаётся вода (на рис. не показано), специальное
устройство регулирует давление пара над поплавком-поршнем (14) так, чтобы
давление на механизм (4) оставалось постоянным. В определённый момент
(уровень воды в объёме (2)) термоядерный заряд (3) подаётся в водную среду
через канал в центре поплавка-поршня (14) (на рис. не показано).
Идея взрывной энергетики как альтернатива термоядерного синтеза имеет
многолетнюю историю. Вот как предлагают решить эту проблему учёные из
Российского
федерального
ядерного центра - Всероссийского научноисследовательского института технической физики (РФЯЦ-ВНИИТФ). Проект
«КВС-10» (котёл взрывного сгорания).
В железобетонной ёмкости (диаметр 150м; высота 200м; толщина стенки 35м;
внутри облицована 20-саннтиметровой сталью; сверху засыпана грунтом
толщиной более сотни метров) внутри защитного слоя жидкого натрия
(несколько десятков тысяч тонн) с помощью дейтериевых взрывов (каждые 0,5
-4часа) мощностью до 10кт тротилового эквивалента можно получать 37Гвт
тепловой энергии, что равноценно 25млн. тонн нефтяного эквивалента в год.
За год будет накоплено порядка тонны осколков деления (для взрывной
энергетики требуется в тысячи раз меньше тория и урана, чем для АЭС той
же мощности; в сотни раз уменьшается количество радиоактивных осадков, а
химические загрязнения отсутствуют).
Руководитель проекта д. ф-м. н. Г. А. Иванов считает, что проект безопасен,
производить термоядерные взрывы нужной мощности научились давно,
экономически оправдан (при минимальной энергии взрыва в котле 1-2
килотонны в тротиловом эквиваленте стоит от 100 до 600млн. долларов США,
в зависимости от доли производимой электроэнергии, срока службы, запаса
прочности),
необходимо
только
политическое
решение,
но
статья
(В.Парафонова «Взрывная энергетика вместо управляемого термоядерного
взрыва») была опубликована в 2003г., проект был проработан на много лет
раньше, а до сих пор нет информации о начале его реализации
(предполагается, что если бы такое решение было принято, то это событие
широко освещалось бы средствами информации).
Возможно, размещение подобного «котла» глубоко под землёй более
приемлемо для тех, кто принимает решения. В проекте «КВС-10» в качестве
замедлителя продуктов термоядерного взрыва и теплоносителя используется
жидкий натрий (простое вещество), в данном проекте эту роль играет вода; что
усложняет реализацию проекта (большой объём воды, которая непосредственно
окружает термоядерный заряд перед взрывом, распадается на водород и
кислород, но при развитии технологии недостаток может стать преимуществом:
побочное получение водорода, топлива будущего), но свойства воды (большая
теплоёмкость и теплота парообразования) и большая масса поглощающего
энергию вещества, позволит использовать термоядерный заряд большей
мощности, а значит, потребуется ещё меньше тория и урана для получения
равного количества энергии, меньше будет радиоактивных отходов.
Возможность создания вертикального большой глубины колодца в скальной
породе косвенно подтверждена: существуют отвесные скалы большой высоты,
водные потоки создали глубокие узкие каньоны, еще более глубокие «ущелья»
наблюдаются в океанах (например, в Тихом океане Марианская впадина), эти
природные образования существуют тысячелетия и сохранились, горное
давление не разрушило их, несмотря на произошедшие катаклизмы.
Существуют железорудные, меднорудные карьеры километровой глубины,
миллион кубометров породы поднимается на поверхность за месяц. Это
позволит рассчитывать расположить дно «котла» (1) на глубине 1500м и ниже,
а это обеспечивает большую безопасность хранения радиоактивных отходов
(энергии при радиоактивном распаде отходов подогревает воду в «котле» (1),
то есть полезно используется); позволяет создать больший слой падающей
жидкости, которая поглотит энергию, направленных вверх, продуктов
термоядерного взрыва, предотвратив ударное воздействие на свод «котла» (1).
Технология добычи сланцевого газа предусматривает бурение тысяч скважин
более чем километровой глубины (возможность окружить «котёл» (1) по
периметру системой скважин (12)).
Для снятия напряжений, вызванных резким изменением температуры боковой
поверхности «котла» (1), целесообразно будет проложить на этой поверхности
вертикальные канавки (подобно зазору между рельсами).
-5В вакууме падающее тело проходит 300м за 8сек., но вода сбрасывается из
ёмкости (2) в «котёл» (1) в среду пара с давлением 200атм., а давление пара
на поплавок-поршень (14) значительно меньше (не успевает выровняться из-за
ограниченности сечения пропускающих пар каналов), то есть падение будет
продолжаться не менее 12сек., и если сечение столба воды будет 1000м2, то за
12сек. реально переместить в «котёл» (1) 250 000м3 воды.
При создании «котла» (1) необходимо будет проложить с поверхности
вертикальный канал большого диаметра, в дальнейшем этот канал может
использоваться в качестве объёма (2).
Извлекаемая скальная порода может
использоваться для отсыпки дамбы при создании водохранилища, так как для
эксплуатации этой «установки» потребуется большое количество воды.