Что является рабочим телом в термоядерном двигателе является

Тепловой двигатель

Термодинамика возникла как наука с основной задачей – созданием наиболее эффективных тепловых машин.

Тепловая машина или тепловой двигатель – это периодически действующий двигатель, совершающий работу за счет получения теплоты.

Обычно совершение работы в тепловом двигателе производится газом при его расширении. Газ, находящийся в нем, получил название рабочего тела. Зачастую его заменяют на воздух или водяные пары. Расширение газа происходит по причине повышения его температуры и давления.

Устройство, от которого рабочее тело получает тепло Q n , называю нагревателем.

Это понимается как расширение от объема V 1 к V 2 V 2 > V 1 , затем сжатие до первоначального объема. Чтобы значение совершаемой работы за цикл было больше нуля, необходимо температуру и давление увеличить и сделать больше, чем при его сжатии. То есть при расширении телу сообщается определенное количество теплоты, а при сжатии отнимается. Значит, кроме нагревателя тепловой двигатель должен иметь холодильник, которому рабочее тело может отдавать тепло.

Рабочее тело совершает работу циклично. Очевидно, изменение внутренней энергии газа в двигателе равняется нулю. Если при расширении от нагревателя к рабочему телу передается теплота в количестве Q n , то при сжатии Q ‘ c h теплота рабочего тела передается холодильнику по первому закону термодинамики, учитывая, что ∆ U = 0 , то значение работы газа в круговом процессе запишется как:

A = Q n — Q ‘ c h ( 1 ) .

Отсюда теплота Q ‘ c h ≠ 0 . Выгодность двигателя определяется по количеству выделенной и превращенной теплоты, полученной от нагревателя, в работу. Его эффективность характеризуется коэффициентом полезного действия (КПД), определяющимся как:

Запись уравнения ( 2 ) при учитывании ( 1 ) примет вид:

η = Q n — Q ‘ c h Q n ( 3 ) , КПД всегда.

Машина, отбирающая от тела с меньшей температурой определенное количество теплоты Q c h и отдающая его Q ‘ n телу с наиболее высокой температурой с Q ‘ n > Q c h , получила название холодильной машины.

Данная машина должна совершить работу A ‘ в течение цикла. Эффективность холодильной машины определяется по холодильному коэффициенту, вычисляемому:

a = Q ‘ n A ‘ = Q ‘ n Q ‘ n — Q c h ( 4 ) .

КПД необратимого теплового двигателя всегда меньше, чем работающего по обратимому циклу.

КПД теплового двигателя

Французским инженером Саади Карно была установлена зависимость КПД теплового двигателя от температуры нагревателя T n и холодильника T c h . Форма конструкции теплового двигателя и выбор рабочего тела не влияет на КПД идеальной тепловой машины:

η m a x = T n — T c h T n ( 5 ) .

Любой реальный тепловой двигатель может обладать КПД η ≤ η m a x .

Принцип работы теплового двигателя

Идеальная машина, модель которой разработал Карно, работает по обратимому циклу, состоящему из двух изотерм ( 1 — 2 , 4 — 3 ) и двух адиабат ( 2 — 3 , 4 — 1 ) , изображенная на рисунке 1 . В качестве рабочего тела выбран идеальный газ. Прохождение адиабатного процесса происходит без подвода и отвода тепла.

Участок 1 — 2 характеризуется сообщением рабочему телу от нагревателя с температурой T n количества тепла Q n . При изотермическом процессе запись примет вид:

Q n = T n ( S 2 — S 1 ) ( 6 ) , где S 1 , S 2 являются энтропиями в соответствующих точках цикла из рисунка 1 .

Видно, что участок 3 — 4 характеризуется отдачей тепла холодильнику с температурой T c h идеальным газом, причем количество теплоты равняется получению газом теплоты — Q c h , тогда:

— Q c h = T c h ( S 1 — S 2 ) ( 7 ) .

Выражение, записанное в скобках в ( 7 ) , указывает на приращение энтропии процесса 3 — 4 .

Принцип действия тепловых двигателей КПД

Произведем подстановку ( 6 ) , ( 7 ) в определение КПД теплового двигателя и получаем:

η = T n ( S 2 — S 1 ) + T c h ( S 1 — S 2 ) T n ( S 2 — S 1 ) = T n — T c h T n ( 8 ) .

В выведенном выражении ( 8 ) не выполнялось предположений о свойствах рабочего тела и устройстве теплового двигателя.

По уравнению ( 8 ) видно, что для увеличения КПД следует повышать T n и понижать T c h . Достижение значения абсолютного нуля невозможно, поэтому единственное решение для роста КПД – увеличение T n .

Задача по созданию теплового двигателя, совершающего работу без холодильника, очень интересна. В физике она получила название вечного двигателя второго рода. Такая задача не находится в противоречии с первым законом термодинамики. Данная проблема считается неразрешимой, как и создание вечного двигателя первого рода. Этот опытный факт в термодинамике приняли в качестве постулата – второго начала термодинамики.

Рассчитать КПД теплового двигателя с температурой нагревания 100 ° С и температурой холодильника, равной 0 ° С . Считать тепловую машину идеальной.

Решение

Необходимо применение выражения для КПД теплового двигателя, которое записывается как:

η = T n — T c h T n .

Используя систему С И , получим:

T n + 100 ° C + 273 = 373 ( К ) . T c h = 0 ° C + 273 = 273 ( К ) .

Подставляем числовые значения и вычисляем:

η = 373 — 273 373 = 0 , 27 = 27 % .

Ответ: КПД теплового двигателя равняется 27 % .

Найти КПД цикла, представленного на рисунке 2 , если в его пределах объем идеального газа проходит изменения n раз. Считать рабочим веществом газ с показателем адиабаты γ .

Решение

Основная формула для вычисления КПД, необходимая для решения данной задачи:

η = Q n — Q ‘ n Q n ( 2 . 1 ) .

Получения тепла газом происходит во время процесса 1 — 2 Q 12 = Q n :

Q 12 = ∆ U 12 + A 12 ( 2 . 2 ) , где A 12 = 0 потому как является изохорным процессом. Отсюда следует:

Q 12 = ∆ U 12 = i 2 R T 2 — T 1 ( 2 . 3 ) .

Процесс, когда газ отдает тепло, обозначается как 3 — 4 , считается изохорным — Q 34 = Q ‘ c h . Формула примет вид:

Q 34 = ∆ U 34 = i 2 v R T 4 — T 3 ( 2 . 4 ) .

Адиабатные процессы проходят без подвода и отвода тепла.

Произведем подстановку полученных количеств теплоты в выражение для КПД, тогда:

η = i 2 v R T 2 — T 1 + i 2 v R T 4 — T 3 i 2 v R T 2 — T 1 = T 2 — T 1 + T 4 — T 3 T 2 — T 1 = 1 — T 3 — T 4 T 2 — T 1 ( 2 . 5 ) .

Следует применить уравнение для адиабаты процессу 2 — 3 :

T 2 V 1 γ — 1 = T 3 V 2 γ — 1 → T 2 = T 3 V 2 γ — 1 V 1 γ — 1 = T 3 n γ — 1 ( 2 . 6 ) .

Используем выражение для адиабаты процесса 4 — 1 :

T 1 V 1 γ — 1 = T 3 V 2 γ — 1 → T 1 = T 4 V 2 γ — 1 V 1 γ — 1 = T 4 n γ — 1 ( 2 . 7 ) .

Перейдем к нахождению разности температур T 2 — T 1 :

T 2 — T 1 = T 3 — T 4 n Г — 1 ( 2 . 8 ) .

Произведем подстановку из ( 2 . 8 ) в ( 2 . 5 ) :

η = 1 — T 3 — T 4 T 3 — T 4 n γ — 1 = 1 — 1 n γ — 1 = 1 — n 1 — γ ( 2 . 9 ) .

Ответ: КПД цикла равняется η = 1 — n 1 — Г .

Что является рабочим телом в термоядерном двигателе является

Но такой однократный акт преобразования теплоты в работу не представляет интереса для техники. Реально существующие тепловые двигатели (паровые машины, двигатели внутреннего сгорания и т. д.) работают циклически. Процесс теплопередачи и преобразования полученного количества теплоты в работу периодически повторяется. Для этого рабочее тело должно совершать круговой процесс или термодинамический цикл, при котором периодически восстанавливается исходное состояние. Круговые процессы изображаются на диаграмме (p, V) газообразного рабочего тела с помощью замкнутых кривых (рис. 1). При расширении газ совершает положительную работу A₁, равную площади под кривой abc, при сжатии газ совершает отрицательную работу A₂, равную по модулю площади под кривой cda. Полная работа за цикл A = A₁ + A₂ на диаграмме (p, V) равна площади цикла. Работа A положительна, если цикл обходится по часовой стрелке, и A отрицательна, если цикл обходится в противоположном направлении.

Рисунок 1.
Круговой процесс на диаграмме (p, V).
abc – кривая расширения, cda – кривая сжатия.
Работа A в круговом процессе равна площади
фигуры abcd.

Общее свойство всех круговых процессов состоит в том, что их невозможно провести, приводя рабочее тело в тепловой контакт только с одним тепловым резервуаром. Их нужно, по крайней мере, два. Тепловой резервуар с более высокой температурой называют нагревателем, а с более низкой – холодильником. Совершая круговой процесс, рабочее тело получает от нагревателя некоторое количество теплоты Q1 > 0 и отдает холодильнику количество теплоты Q2

При обходе цикла рабочее тело возвращается в первоначальное состояние, следовательно, изменение его внутренней энергии равно нулю (ΔU = 0). Согласно первому закону термодинамики, ΔU = Q – A = 0.
Отсюда следует: A = Q = Q₁ – |Q₂|.
Работа A, совершаемая рабочим телом за цикл, равна полученному за цикл количеству теплоты Q. Отношение работы A к количеству теплоты Q1, полученному рабочим телом за цикл от нагревателя, называется коэффициентом полезного действия η тепловой машины:
А Q₁ – |Q₂|
η = — = ———
Q Q₁

Коэффициент полезного действия указывает, какая часть тепловой энергии, полученной рабочим телом от «горячего» теплового резервуара, превратилась в полезную работу. Остальная часть (1 – η) была «бесполезно» передана холодильнику. Коэффициент полезного действия тепловой машины всегда меньше единицы (η 0, A > 0, Q₂ T₂.

В применяемых в технике двигателях используются различные круговые процессы. На рис. изображены циклы, используемые в бензиновом карбюраторном двигателе и в дизельном двигателе. В обоих случаях рабочим телом является смесь паров бензина или дизельного топлива с воздухом. Цикл карбюраторного двигателя внутреннего сгорания состоит из двух изохор (1–2, 3–4) и двух адиабат (2–3, 4–1). Дизельный двигатель внутреннего сгорания работает по циклу, состоящему из двух адиабат (1–2, 3–4), одной изобары (2–3) и одной изохоры (4–1). Реальный коэффициент полезного действия у карбюраторного двигателя порядка 30%, у дизельного двигателя – порядка 40 %.

Рисунок 3 Циклы карбюраторного двигателя внутреннего сгорания (1) и дизельного двигателя (2).

В 1824 году французский инженер С. Карно рассмотрел круговой процесс, состоящий из двух изотерм и двух адиабат. Этот круговой процесс сыграл важную роль в развитии учения о тепловых процессах. Он называется циклом Карно (рис. 4).

Рисунок 4. Цикл Карно

Цикл Карно совершает газ, находящийся в цилиндре под поршнем. На изотермическом участке (1–2) газ приводится в тепловой контакт с горячим тепловым резервуаром (нагревателем), имеющим температуру T₁. Газ изотермически расширяется, совершая работу A12, при этом к газу подводится некоторое количество теплоты Q₁ = A₁₂. Далее на адиабатическом участке (2–3) газ помещается в адиабатическую оболочку и продолжает расширяться в отсутствие теплообмена. На этом участке газ совершает работу A₂₃ > 0. Температура газа при адиабатическом расширении падает до значения T₂. На следующем изотермическом участке (3–4) газ приводится в тепловой контакт с холодным тепловым резервуаром (холодильником) при температуре T₂

Цикл Карно замечателен тем, что на всех его участках отсутствует соприкосновение тел с различными температурами. Любое состояние рабочего тела (газа) на цикле является квазиравновесным, т. е. бесконечно близким к состоянию теплового равновесия с окружающими телами (тепловыми резервуарами или термостатами). Цикл Карно исключает теплообмен при конечной разности температур рабочего тела и окружающей среды (термостатов), когда тепло может передаваться без совершения работы. Поэтому цикл Карно – наиболее эффективный круговой процесс из всех возможных при заданных температурах нагревателя и холодильника: η _Карно = η_max.
Любой участок цикла Карно и весь цикл в целом может быть пройден в обоих направлениях. Обход цикла по часовой стрелке соответствует тепловому двигателю, когда полученное рабочим телом тепло частично превращается в полезную работу. Обход против часовой стрелки соответствует холодильной машине, когда некоторое количество теплоты отбирается от холодного резервуара и передается горячему резервуару за счет совершения внешней работы. Поэтому идеальное устройство, работающее по циклу Карно, называют обратимой тепловой машиной.

В реальных холодильных машинах используются различные циклические процессы. Все холодильные циклы на диаграмме (p, V) обходятся против часовой стрелки. Энергетическая схема холодильной машины представлена на рис. 5.

Рисунок 5. Энергетическая схема холодильной машины. Q₁ 0, T₁ > T_2.

Устройство, работающее по холодильному циклу, может иметь двоякое предназначение. Если полезным эффектом является отбор некоторого количества тепла |Q₂| от охлаждаемых тел (например, от продуктов в камере холодильника), то такое устройство является обычным холодильником. Эффективность работы холодильника можно охарактеризовать отношением

т. е. эффективность работы холодильника – это количество тепла, отбираемого от охлаждаемых тел на 1 джоуль затраченной работы.

Что является рабочим телом в термоядерном двигателе является

дП ОЕДБЧОЕЗП ЧТЕНЕОЙ Ч МЙФЕТБФХТЕ ХРПНЙОБМЙУШ РП ЛТБКОЕК НЕТЕ ФТЙ РПЮФЙ УЕТШЈЪОЩИ УРПУПВБ ДПУФЙЦЕОЙС ТЕМСФЙЧЙУФУЛЙИ УЛПТПУФЕК (0.7У Й ВПМЕЕ) У ГЕМША НЕЦЪЧЈЪДОЩИ РЕТЕМЈФПЧ ТБЪХНОЩИ УХЭЕУФЧ ЙМЙ БЧФПНБФЙЮЕУЛЙИ ЪПОДПЧ.

йНРХМШУОЩК ФЕТНПСДЕТОЩК ТБЛЕФОЩК ДЧЙЗБФЕМШ [1].

лБРУХМЩ ФЕТНПСДЕТОПЗП ФПРМЙЧБ, ОБРТЙНЕТ, ДЕКФЕТЙДБ МЙФЙС-6 (ТЕБЛГЙЙ D+T= 4 He+n Й 2 3 He= 4 He+2p ЙУЛМАЮЙН ЙЪ-ЪБ РТБЛФЙЮЕУЛПЗП ПФУХФУФЧЙС Ч РТЙТПДЕ ФТЙФЙС Й МЈЗЛПЗП ЗЕМЙС) ЙНРХМШУОП ОБЗТЕЧБАФУС («РПДЦЙЗБАФУС»), ОБРТЙНЕТ, ОЕКФТБМЙЪПЧБООЩНЙ РХЮЛБНЙ ЬОЕТЗЙЮОЩИ ЮБУФЙГ ДП УПФЕО НМО. ЗТБДХУПЧ, Б РТПДХЛФЩ ФЕТНПСДЕТОПК ТЕБЛГЙЙ (D+ 6 Li=2 4 He) ЙУФЕЛБАФ Ч РТПУФТБОУФЧП ЮЕТЕЪ НБЗОЙФОПЕ УПРМП УП УЛПТПУФША ДП 0.08У. пДОБЛП ОЕФТХДОП ПГЕОЙФШ ЮЙУМП гЙПМЛПЧУЛПЗП ДМС ПДОПУФПТПООЕЗП РЕТЕМЈФБ, ЧЛМАЮБАЭЕЗП ХУЛПТЕОЙЕ ДП УЛПТПУФЙ 0.7У Й ФПТНПЦЕОЙЕ ДП «ОХМЕЧПК» УЛПТПУФЙ — НЙОЙНХН

10 10 Й НБУУХ ФПРМЙЧБ

10 12 ФПОО, ЮФП РТЙ УПДЕТЦБОЙЙ МЙФЙС-6 Ч ЪЕНОПК ЛПТЕ

10 -7 РПФТЕВХЕФ РЕТЕТБВПФБФШ ЧУЕ НБФЕТЙЛЙ ъЕНМЙ ОБ ЗМХВЙОХ Ч ОЕУЛПМШЛП ЛЙМПНЕФТПЧ. й ЬФП ФПМШЛП ОБ ПДЙО ПДОПУФПТПООЙК РЕТЕМЈФ (ТЙУ.1Б).

рТСНПФПЮОЩК ФЕТНПСДЕТОЩК ДЧЙЗБФЕМШ [2].

оБВЕЗБАЭЙЕ РТПФПОЩ НЕЦЪЧЈЪДОПК РМБЪНЩ ЖПЛХУЙТХАФУС ТБУРПМПЦЕООПК ЧРЕТЕДЙ ОБ 100. 300 ФЩУ. ЛН НБЗОЙФОПК МЙОЪПК ДЙБНЕФТПН РПТСДЛБ 10 ФЩУ. ЛН (ЮЕН ЦЕ ЕЈ ДЕТЦБФШ?) Ч РТПМЈФОЩК ФЕТНПСДЕТОЩК ТЕБЛФПТ. пДОБЛП ФТЕВХЕНПЕ ДБЧМЕОЙЕ Ч ОЈН, ЛБЛ НЙОЙНХН, РПТСДЛБ 10 НЙММЙБТДПЧ (!) БФНПУЖЕТ РТЙ ФЕНРЕТБФХТЕ Ч НЙММЙБТДЩ ЗТБДХУПЧ, ЮФП ФЕИОЙЮЕУЛЙ УПЧЕТЫЕООП ОЕТЕБМШОП (ТЙУ.1В).

жПФПООЩК (НЕЪПООЩК) ДЧЙЗБФЕМШ [3].

рТЙ ТЕБЛГЙЙ РТПФПО-БОФЙРТПФПО РПСЧМСАФУС ЬОЕТЗЙЮОЩЕ ОЕКФТБМШОЩК Й ЪБТСЦЕООЩЕ pi-НЕЪПОЩ. рПИПЦЕ, ЮФП РТЙ ФБЛПК ТЕБЛГЙЙ Ч НБЗОЙФОПН УПРМЕ НПЦОП ПТЗБОЙЪПЧБФШ ОБРТБЧМЕООПЕ ЙУФЕЮЕОЙЕ ЪБТСЦЕООЩИ РЙПОПЧ У ЬЖЖЕЛФЙЧОПК УЛПТПУФША ЙУФЕЮЕОЙС ПЛПМП 0.7У. пДОБЛП лрд РТПЙЪЧПДУФЧБ БОФЙРТПФПОПЧ Ч ОБУФПСЭЕЕ ЧТЕНС ОЕ РТЕЧЩЫБЕФ 10 -2 (РТЙ УФПМЛОПЧЕОЙЙ ЧУФТЕЮОЩИ РХЮЛПЧ ЬМЕЛФТПОПЧ Й РПЪЙФТПОПЧ У ЬОЕТЗЙЕК

30 зЬЧ) Й ДМС РТПЙЪЧПДУФЧБ ФТЕВХЕНЩИ ОБ ПДЙО РЕТЕМЈФ РПТСДЛБ 1000 ФПОО БООЙЗЙМСГЙПООПЗП ФПРМЙЧБ РТЕДЕМШОПК РП ФЕРМПЧПНХ ЪБЗТСЪОЕОЙА ЪЕНОПК ЬОЕТЗЕФЙЛЕ (

10 14 чФ) РПФТЕВПЧБМПУШ ВЩ ОЕУЛПМШЛП ФЩУСЮЕМЕФЙК. лТПНЕ ФПЗП, ЦЕУФЛПЕ (

70 нЬЧ) ЙЪПФТПРОПЕ ЗБННБ-ЙЪМХЮЕОЙЕ ПФ ТБУРБДБ ОЕКФТБМШОЩИ РЙПОПЧ НПЭОПУФША 10 13 . 10 14 чФ ФТЕВХЕФ ОЕРТЙЕНМЕНПК НБУУЩ gamma-ЪБЭЙФЩ ПВНПФПЛ, ЬЛЙРБЦБ Й ФПРМЙЧБ. рПЛБ ОЕСУОП ФБЛЦЕ, ЛБЛ ВЕЪПРБУОП ХДЕТЦЙЧБФШ БОФЙЧЕЭЕУФЧП ОБ ВПТФХ.

лБЪБМПУШ ВЩ, ЮФП УЙФХБГЙС РПЮФЙ ВЕЪОБДЈЦОБС. фЕН ОЕ НЕОЕЕ, ОЕУЛПМШЛП ДЕУСФЙМЕФЙК ОБЪБД, ЕЭЈ Ч ДЕФУФЧЕ, БЧФПТ ТБУУНБФТЙЧБМ ЧПЪНПЦОПУФШ ХУЛПТЕОЙС НЕЦЪЧЈЪДОПЗП ЛПУНЙЮЕУЛПЗП ЛПТБВМС (нлл) У РПНПЭША ОЕКФТБМШОПЗП РХЮЛБ ТЕМСФЙЧЙУФУЛЙИ ЪБТСЦЕООЩИ ЮБУФЙГ, ПФТБЦБЕНЩИ НБЗОЙФОЩН РПМЕН ХУЛПТСЕНПЗП нлл Й УФБВЙМЙЪЙТПЧБООПЗП У РПНПЭША УВТБУЩЧБЕНЩИ У нлл НБЗОЙФОЩИ МЙОЪ (нм) ЙЪ УЧЕТИРТПЧПДОЙЛБ У РПУФЕРЕООП — РП НЕТЕ РТПДПМШОПЗП «ТБУРПМЪБОЙС» нм Й РТПЗТБННОПЗП ЙЪНЕОЕОЙС ЬОЕТЗЙЙ ЮБУФЙГ РХЮЛБ — ОБТБУФБАЭЙН ФПЛПН (ТЙУ.2). пДОБЛП ПЦЙДБЕНБС ФЕНРЕТБФХТБ нм ПФ ОБЗТЕЧБ ЮБУФЙГБНЙ ОБВЕЗБАЭЕК НЕЦЪЧЈЪДОПК УТЕДЩ УПУФБЧЙМБ ВЩ 15. 40л Й ВЩМБ ВЩ УХЭЕУФЧЕООП ЧЩЫЕ ЬЛУРМХБФБГЙПООП ДПРХУФЙНПК ДМС УХЭЕУФЧПЧБЧЫЙИ ФПЗДБ НЕФБММЙЮЕУЛЙИ УЧЕТИРТПЧПДОЙЛПЧ. уЕКЮБУ ЦЕ, У ПФЛТЩФЙЕН ЧЩУПЛПФЕНРЕТБФХТОЩИ УЧЕТИРТПЧПДОЙЛПЧ (чфур) У ЛТЙФЙЮЕУЛПК ФЕНРЕТБФХТПК ВПМЕЕ 90л Й ДПРХУФЙНПК РМПФОПУФША ФПЛБ РТЙ ф approx 15. 40л ДМС ФПОЛЙИ РМЈОПЛ РПТСДЛБ 1. 2 И 10 8 б/УН 2 НПЦОП ХЦЕ ТБУУНПФТЕФШ ЧПЪНПЦОПУФШ РЕТЕДБЮЙ ФСЗПЧПЗП ЙНРХМШУБ ОБ нлл.

дПРХУФЙН, ЮФП ЬМЕЛФТПУФБФЙЮЕУЛЙК ХУЛПТЙФЕМШ НПЭОПУФША РПТСДЛБ 10 15 чФ, ТБУРПМПЦЕООЩК ЪБ ПТВЙФПК рМХФПОБ Й ЪБРЙФЩЧБЕНЩК ПФ РЕТЕДБАЭЕК ЖБЪЙТПЧБООПК БОФЕООПК ТЕЫЈФЛЙ (жбт), ОБИПДСЭЕКУС ЧВМЙЪЙ ПТВЙФЩ ъЕНМЙ, УПЪДБЈФ ОЕКФТБМЙЪПЧБООЩК ЬМЕЛФТПОБНЙ РХЮПЛ РТПФПОПЧ У ЬОЕТЗЙЕК ПФ 0.4 ДП 1.8 зЬЧ, ТБУФХЭЕК УП УЛПТПУФША нлл ФБЛЙН ПВТБЪПН, ЮФП ЬОЕТЗЙС РПРБДБАЭЙИ ОБ нлл РТПФПОПЧ РТЙНЕТОП РПУФПСООБ Й ТБЧОБ 0.4 зЬЧ ЙМЙ V approx 0.7У. ьНЙФФБОУ (РТПЙЪЧЕДЕОЙЕ БРЕТФХТЩ РХЮЛБ ОБ ЕЗП ХЗМПЧХА ТБУИПДЙНПУФШ) ДМС ОЕЛПФПТЩИ ФЙРПЧ ХУЛПТЙФЕМЕК (РТПЕЛФ дьмуй) УПУФБЧЙФ РПТСДЛБ 10 -8 Н И ТБД, ЮФП ЗБТБОФЙТХЕФ РТЙ БРЕТФХТЕ ЬМЕНЕОФБТОПЗП РХЮЛБ РТЙНЕТОП 100 НН Й ЕЗП ФПЛЕ ДП 10 НЛб «РПРЕТЕЮОХА» ФЕНРЕТБФХТХ РМБЪНЩ РХЮЛБ РПТСДЛБ 1л.

пДОБЛП РТЙ ЙУРПМШЪПЧБОЙЙ ПВЩЮОПК ЬМЕЛФТПООП-РТПФПООПК РМБЪНЩ ФПЛЙ Ч РМБЪНЕ, ЧПЪОЙЛБАЭЙЕ РТЙ РТПИПЦДЕОЙЙ РМБЪНПК нм, УЙМШОП ЙУЛБЦБАФ НБЗОЙФОПЕ РПМЕ нм. лТПНЕ ФПЗП, ХФЕЮЛБ «ВЩУФТЩИ» ЬМЕЛФТПОПЧ ИЧПУФБ НБЛУЧЕММПЧУЛПЗП ТБУРТЕДЕМЕОЙС ЙЪ УЙУФЕНЩ нм УПЪДБУФ РПМПЦЙФЕМШОЩК РПФЕОГЙБМ РХЮЛБ РПТСДЛБ 20 kT/Е, ЮФП У ХЮЈФПН ЪБНЕФОПЗП ОБЗТЕЧБ ФБЛПК РМБЪНЩ ЪБ УЮЈФ ЧЪБЙНПДЕКУФЧЙС У НЕЦЪЧЈЪДОПК УТЕДПК ФТЕВХЕФ НБУУЩ УЙУФЕНЩ нм, ЛПФПТБС РПИПЦЕ ПЛБЦЕФУС ОЕРТЙЕНМЕНП ВПМШЫПК. ьФЙ ЬЖЖЕЛФЩ ЧЩОХЦДБАФ ЙУРПМШЪПЧБФШ «РМБЪНХ» ЙЪ ФСЦЕМЩИ ЮБУФЙГ, ЛПФПТЩЕ ОЕФТХДОП РПМХЮБФШ — ОБРТЙНЕТ, ЙЪ РПМПЦЙФЕМШОП Й ПФТЙГБФЕМШОП ЪБТСЦЕООЩИ ЙПОПЧ ДЕКФЕТЙС, РТЙЮЈН РПМПЦЙФЕМШОЩЕ ЙПОЩ — ЗПМЩЕ СДТБ ДЕКФЕТЙС — РПМХЮБАФУС РХФЈН «ПВДЙТЛЙ», ОБРТЙНЕТ, ОБ ЖПМШЗЕ, ХУЛПТЕООЩИ ПФТЙГБФЕМШОЩИ ДЕКФПОПЧ. фЕН ОЕ НЕОЕЕ, ЛПЬЖЖЙГЙЕОФ ЙПО-ЙПООПК ТЕЛПНВЙОБГЙЙ ЧПДПТПДБ (ДЕКФЕТЙС) ОБУФПМШЛП ЧЕМЙЛ, ЮФП ДБЦЕ РТЙ ОБЮБМШОПК ЛПОГЕОФТБГЙЙ РТЙНЕТОП 1. 2 РБТ ЙПОПЧ ОБ УН 3 (ЮФП УППФЧЕФУФЧХЕФ D_рхюлб approx 50 ЛН) РХЮПЛ РТЙ ОЕУЛПМШЛЙИ ЛЕМШЧЙОБИ ОЕ РТПУХЭЕУФЧХЕФ Й ОЕУЛПМШЛЙИ УХФПЛ. чЩИПД, ПДОБЛП, ЧЙДЙФУС Ч ФПН, ЮФП РПМПЦЙФЕМШОЩН («ЗПМЩН») ДЕКФПОБН РТЙДБЈФУС ДПРПМОЙФЕМШОБС РТПДПМШОБС УЛПТПУФШ (ОБРТЙНЕТ, ТБЪМЙЮОПК ЬОЕТЗЙЕК ДЕКФПОПЧ ДП «ПВДЙТЛЙ») ПФОПУЙФЕМШОП ПФТЙГБФЕМШОЩИ, Б ЮФПВЩ ОЕ ЧПЪОЙЛБМП ФПЛБ РХЮЛБ ЙМЙ ЬМЕЛФТПУФБФЙЮЕУЛПЗП РПМС — РПМПЧЙОЕ «ЗПМЩИ» ДЕКФПОПЧ РТЙДБЈФУС УЛПТПУФШ +V, Б РПМПЧЙОЕ -V, ЗДЕ V

10 7 Н/УЕЛ. рТБЧДБ, РТЙ ЬФПН РХЮПЛ РПУФЕРЕООП ОБЗТЕЧБЕФУС, ОП ЕЗП ФЕНРЕТБФХТБ ЧТСД МЙ РТЕЧЩУЙФ 50. 100л (РП мБОДБХ, 1936 З.), ЮФП НПЦОП УЮЙФБФШ РТЙЕНМЕНЩН. дЕКУФЧЙФЕМШОП, ДБЧМЕОЙЕ P=nkT ЙМЙ рТЙ D_рхюлб = 50 ЛН Й РХФЙ ТБЪЗПОБ нлл Ч 4И10 12 ЛН (0.4 УЧ.ЗПДБ) УЙМБ ДБЧМЕОЙС F=1.4×10 -15 x5x10 4 x4x10 15 =28×10 4 H ЙМЙ 28 Ф. фПЗДБ РТЙ ХДЕМШОПК РТПЮОПУФЙ УЙМПЧПЗП НБФЕТЙБМБ нм Ч 200 ЛН НБУУБ ЛПОУФТХЛГЙК УЙУФЕНЩ н УПУФБЧЙФ 20. 25 ФПОО, ИПФС НПЦОП ПЦЙДБФШ Й ЧФТПЕ ВПМШЫЕК НБУУЩ. бОБМПЗЙЮОЩЕ ПГЕОЛЙ УДЕМБЕН Й ДМС ФПЛПЧПК ЮБУФЙ нм. рТЙ ВПЛПЧПК УЛПТПУФЙ ЮБУФЙГЩ РХЮЛБ Ч 250 Н/УЕЛ (ЮФП РТБЛФЙЮЕУЛЙ ЧФТПЕ ВПМШЫЕ РПРЕТЕЮОПК УПУФБЧМСАЭЕК УТЕДОЕК ФЕРМПЧПК УЛПТПУФЙ ДЕКФПОПЧ РТЙ 1л) ЧТЕНС ДТЕКЖБ ПФ ПУЙ РХЮЛБ ЪБ РТЕДЕМЩ УЙУФЕНЩ нм

200 УЕЛ, РТПДПМШОБС УЛПТПУФШ ЮБУФЙГЩ — 2И10 5 ЛН/УЕЛ Й ФТЕВХЕНПЕ ЖПЛХУОПЕ ТБУУФПСОЙЕ нм

40 НМО. ЛН. дМС ДЕКФПОПЧ У ЬОЕТЗЙЕК 0.8. 3.5 зЬЧ Й D_нм=100 ЛН ФТЕВХЕНЩК ФПЛ Ч нм ПФ

500 б. фПЗДБ НБУУБ чфур ПДОПК

рТЙ ЮЙУМЕ нм = 10 5 ПВЭБС НБУУБ УЧЕТИРТПЧПДОЙЛПЧ

75 ФПОО. оЕПВИПДЙНП МЙЫШ ПФНЕФЙФШ ОЕПРТЕДЕМЈООПУФШ ЧПЪДЕКУФЧЙС ОБ ЛПОУФТХЛГЙА Й чфур нм ОБВЕЗБАЭЙИ У ПЛПМПУЧЕФПЧПК УЛПТПУФША ЮБУФЙГ НЕЦЪЧЈЪДОПК РЩМЙ (ТБЪНЕТПН, ЛБЛ УЮЙФБЕФУС, ПФ 0.01 ДП 0.2 НЛ). фБЛЙН ПВТБЪПН, НБУУБ УЙУФЕНЩ нм ЧТСД МЙ РТЕЧЩУЙФ 100 Ф (РТБЧДБ, Ч ЛПОГЕ ХЮБУФЛБ ХУЛПТЕОЙС ЪБ УЮЈФ ТПУФБ ФЕНРЕТБФХТЩ ФЕРМПЧБС УЛПТПУФШ ЮБУФЙГ УХЭЕУФЧЕООП ЧПЪТБУФЈФ, ОП У ХЮЈФПН ТЕМСФЙЧЙУФУЛЙИ ЬЖЖЕЛФПЧ ФТЕВХЕНПЕ НБЛУЙНБМШОПЕ ТБУУФПСОЙЕ НЕЦДХ нм Й ФПЛ Ч ОЙИ НПЦОП УЮЙФБФШ ОЕЙЪНЕООЩНЙ), Б У ХЮЈФПН НБУУЩ нлл approx 100 Ф Й УЙУФЕНЩ ФПТНПЦЕОЙС (ЕЈ НБФЕТЙБМ ЙУРПМШЪХЕФУС Ч ЛБЮЕУФЧЕ УФТПР ХУФТПКУФЧБ УВТПУБ РХФЕЧЩИ нм Й ЖПЛХУЙТХАЭЕК нм нлл)

100. 150 Ф УФБТФПЧБС НБУУБ нлл УПУФБЧЙФ 300. 350 Ф, ЮФП РТЙ ПЗТБОЙЮЕООПН ЧПЪНПЦОПУФСНЙ ЮЕМПЧЕЮЕУЛПЗП ПТЗБОЙЪНБ УФБТФПЧПН ХУЛПТЕОЙЙ Ч 2g РПФТЕВХЕФ ОБЮБМШОПК НПЭОПУФЙ ХУЛПТЙФЕМС 5И10 14 чФ (ЧДЧПЕ НЕОШЫЕ НБЛУЙНБМШОПК) У РПУФЕРЕООЩН ХЧЕМЙЮЕОЙЕН ДП 10 15 чФ, ПВЕУРЕЮЙЧБАЭЙН ЛПОЕЮОПЕ ХУЛПТЕОЙЕ нлл РТЙНЕТОП 0.5g. нПЦОП ОБДЕСФШУС, ЮФП УПЮЕФБОЙЕ ФБЛПЗП ХУЛПТЕОЙС Й ДЙУФБОГЙЙ ТБЪЗПОБ Ч 0.4 УЧЕФПЧПЗП ЗПДБ ВХДЕФ ДПУФБФПЮОП ДМС ДПУФЙЦЕОЙС УЛПТПУФЙ нлл

0.7 УЛПТПУФЙ УЧЕФБ ЙМЙ, У ХЮЈФПН ТЕМСФЙЧЙУФУЛПЗП УЦБФЙС ЧТЕНЕОЙ, УПВУФЧЕООБС УЛПТПУФШ нлл УПУФБЧЙФ РТЙНЕТОП УЛПТПУФШ УЧЕФБ.

рТПВМЕНЩ ТБДЙБГЙПООПЗП ЧПЪДЕКУФЧЙС ОБ ЬЛЙРБЦ Й БРРБТБФХТХ ЗБМБЛФЙЮЕУЛПЗП ЛПУНЙЮЕУЛПЗП ЙЪМХЮЕОЙС (злй) НПЗХФ ВЩФШ ТЕЫЕОЩ УПЪДБОЙЕН ЧПЛТХЗ ФПТППВТБЪОПЗП нлл НБЗОЙФОПЗП РПМС. нБЛУЙНБМШОП ДПРХУФЙНЩН РП НЕИБОЙЮЕУЛПК РТПЮОПУФЙ нлл НПЦОП УЮЙФБФШ РПМЕ ПЛПМП 10 фМ (ФПЛ РП ПВЫЙЧЛЕ нлл

10 8 б РТЙ D=30Н Й d=4Н), ПФУЕЛБАЭЙЕ РТПФПОЩ злй У ЬОЕТЗЙЕК ДП 10 зЬЧ, ЮФП ПВЕУРЕЮЙЧБЕФ ВЕЪПРБУОХА (ДБЦЕ У ХЮЈФПН ВПМШЫЕК ЬОЕТЗЙЙ ОБВЕЗБАЭЙИ ОБ ДЧЙЗБАЭЙКУС нлл ЮБУФЙГ злй) ДМС ЮЕМПЧЕЛБ Й ВПТФПЧЩИ ЛПНРШАФЕТПЧ ДПЪХ РПТСДЛБ 0.1 ВЬТ/ЗПД. ьФП ЦЕ РПМЕ ПФТБЦБЕФ УЖПЛХУЙТПЧБООЩЕ ОБ ОЕЗП ХУФТПКУФЧПН УВТПУБ нм ЮБУФЙГЩ ХУЛПТСАЭЕЗП нлл РХЮЛБ, УПЪДБЧБС ФСЗПЧПЕ ХУЙМЙЕ.

лТПНЕ ФПЗП, ОБВЕЗБАЭЙЕ У ПЛПМПУЧЕФПЧПК УЛПТПУФША ОЕКФТБМШОЩЕ БФПНЩ (Й РЩМЙОЛЙ) НЕЦЪЧЈЪДОПК УТЕДЩ ОЕПВИПДЙНП ЙПОЙЪПЧБФШ «ПВДЙТЛПК» ОБ ОЕУЛПМШЛЙИ РПУМЕДПЧБФЕМШОП ТБУРПМПЦЕООЩИ ФПОЛЙИ (0.1. 1НЛ) НЕФБММЙЮЕУЛЙИ ЙМЙ ХЗМЕТПДОЩИ ЖПМШЗБИ Й ПФЛМПОСФШ ПФ нлл ЬМЕЛФТЙЮЕУЛЙН РПМЕН (ЛБЛ Й НБЗОЙФОЩН РПМЕН ТБДЙБГЙПООПК ЪБЭЙФЩ), Б ДМС ПВЕУРЕЮЕОЙС ДПРХУФЙНПК ДПЪЩ ОЕКФТПООПЗП ПВМХЮЕОЙС ТБУРПМБЗБФШ ПВДЙТПЮОЩЕ ЖПМШЗЙ ОБ ХДБМЕОЙЙ РТЙНЕТОП 3 ЛН ОБ ЬМЕЛФТПУФБФЙЮЕУЛЙ РПДДЕТЦЙЧБЕНПК ЛПОУФТХЛГЙЙ.

й, ОБЛПОЕГ, РПУМЕДОЙК ЬФБР РЕТЕМЈФБ — ФПТНПЦЕОЙЕ, ПУХЭЕУФЧМСЕНПЕ РХФЕН ЧЪБЙНПДЕКУФЧЙС У НЕЦЪЧЈЪДОПК РМБЪНПК У ЛПОГЕОФТБГЙЕК РТЙНЕТОП 0.03 РТПФПОБ/УН 3 ЬМЕЛФТЙЮЕУЛЙ ЪБТСЦЕООПК (ПФ 50 НМО. ч ОБ 0.7У ДП РТЙНЕТОП 10 Лч ОБ НЙОЙНБМШОП ЬЖЖЕЛФЙЧОПК ДМС ФПТНПЦЕОЙС УЛПТПУФЙ) РПУФПСООП ТЕЗЕОЕТЙТХЕНПК Й ТБУЛЙОХФПК ГЕОФТПВЕЦОЩНЙ УЙМБНЙ НЕФБММЙЪЙТПЧБООПК УЕФЛЙ, УЛТЕРМЈООПК У нлл (ТЙУ.3). рП ПГЕОЛБН, РТЙ ФБЛПК ЛПОГЕОФТБГЙЙ Й ХДЕМШОПК РТПЮОПУФЙ НБФЕТЙБМБ УЕФЛЙ ПЛПМП 200 ЛН (Б УЕКЮБУ БТБНЙДОЩЕ ЧПМПЛОБ ЙНЕАФ РПЮФЙ ЧДЧПЕ ВПМЕЕ ЧЩУПЛХА ХДЕМШОХА РТПЮОПУФШ РТЙ ДПУФБФПЮОПК ТБДЙБГЙПООПК УФПКЛПУФЙ, Б ХЗМЕТПДОЩЕ ОБОПФТХВЛЙ — ОБ РПТСДПЛ ВПМШЫХА) ОБЮБМШОПЕ ФПТНПЦЕОЙЕ УПУФБЧЙФ 1. 1.5 Н/У 2 , Б ЧТЕНС ФПТНПЦЕОЙС ДП УЛПТПУФЙ РПТСДЛБ 1. 2 ФЩУ. ЛН/УЕЛ (ВЕЪ ХЮЈФБ ЪПОЩ уФТЕНЗТЕОБ ПЛПМП ЪЧЕЪДЩ ОБЪОБЮЕОЙС Й ЕЈ ЪЧЈЪДОПЗП ЧЕФТБ) — ПЛПМП 10 МЕФ. рТБЧДБ, ЧПЪДЕКУФЧЙЕ НЕЦЪЧЈЪДОЩИ РЩМЙОПЛ ОБ НБФЕТЙБМ УЕФЛЙ НПЦЕФ РТЙЧЕУФЙ Л ФПЛХ ХФЕЮЛЙ ЬМЕЛФТПОПЧ ДП 30б (ИПФС, РПИПЦЕ, ВХДЕФ РПТСДЛБ ОБ ФТЙ НЕОШЫЕ), ЮФП ОБ ПЛПМПУЧЕФПЧЩИ УЛПТПУФСИ РПФТЕВХЕФ ХУФТПКУФЧБ ЛПНРЕОУБГЙЙ ХФЕЮЕЛ Ч ЧЙДЕ ПВДЙТБАЭЕК ЧУФТЕЮОЩЕ ОЕКФТБМШОЩЕ БФПНЩ РМЕОЛЙ (ЖПМШЗЙ) У D=0.3. 1 ЛН Й РПНЕЭЈООПК Ч ПВНПФЛХ ЙЪ чфур, УПЪДБАЭЕК НБЗОЙФОПЕ РПМЕ У ГЕМША ЪБЛТХФЛЙ Й РПЗМПЭЕОЙС ПВПДТБООЩИ ЬМЕЛФТПОПЧ ЬФПК ЦЕ ЖПМШЗПК, РПУЛПМШЛХ ТЕБМШОПК НПЭОПУФЙ СДЕТОПК ВПТФПЧПК ЬОЕТЗПХУФБОПЧЛЙ нлл (

1 нчФ) СЧОП ОЕ ИЧБФЙФ ДМС ЛПНРЕОУБГЙЙ ХФЕЮЕЛ. фТЕВХЕНБС ЦЕ ДМС ПЛПОЮБФЕМШОПЗП ФПТНПЦЕОЙС нлл Й НБОЕЧТЙТПЧБОЙС ЕЗП Ч РМБОЕФОПК УЙУФЕНЕ ОБЪОБЮЕОЙС У РПНПЭША ЙНРХМШУОЩИ ФЕТНПСДЕТОЩИ тд (ОБРТЙНЕТ, ОБ D+ 3 He, РПУЛПМШЛХ ФТЕВХЕНБС НБУУБ ФПРМЙЧБ УПУФБЧЙФ МЙЫШ ДЕУСФПЛ ФПОО) НПЭОПУФШ ХУЛПТЙФЕМЕК РПДЦЙЗБ РПТСДЛБ 100 нчФ ЧПЪНПЦОБ МЙЫШ РТЙ ЙУРПМШЪПЧБОЙЙ ЮБУФЙ ЬОЕТЗЙЙ ФЕТНПСДЕТОЩИ НЙЛТПЧЪТЩЧПЧ.

фБЛЙН ПВТБЪПН, НПЦОП ХЧЕТЕООП УЛБЪБФШ, ЮФП НЙОЙНБМШОБС НПЭОПУФШ, ОЕПВИПДЙНБС ДМС ПУХЭЕУФЧМЕОЙС ТЕЗХМСТОЩИ (ДЧБ-ФТЙ Ч ЗПД) НЕЦЪЧЈЪДОЩИ ТЕМСФЙЧЙУФУЛЙИ ПДОПУФПТПООЙИ РЕТЕМЕФПЧ, УПУФБЧЙФ

10 15 чФ, ЮФП НЙОЙНХН ОБ РПТСДПЛ ВПМШЫЕ ДПРХУФЙНПК ДМС ОБЪЕНОПК ЬОЕТЗЕФЙЛЙ РП ФЕРМПЧПНХ ЪБЗТСЪОЕОЙА. еДЙОУФЧЕООП ТЕБМШОЩК УРПУПВ ПВЕУРЕЮЙФШ ФБЛХА НПЭОПУФШ — БУФТПЙОЦЕОЕТОПЕ ЙУРПМШЪПЧБОЙЕ ПФТБВПФБЧЫЙИ ОБ ЗЕПУФБГЙПОБТОПК ПТВЙФЕ (РП ЪБРБУБН ТБВПЮЕЗП ФЕМБ ьтд ПТЙЕОФБГЙЙ) УПМОЕЮОЩИ ЛПУНЙЮЕУЛЙИ ЬМЕЛФТПУФБОГЙК (ульу), ТБЪНЕЭЈООЩИ Ч ПВМБУФЙ мБЗТБОЦБ L1 УЙУФЕНЩ уПМОГЕ-ъЕНМС, ДМС РЙФБОЙС РЕТЕДБАЭЕК жбт Й, ДБМЕЕ, ХУЛПТЙФЕМС (ТЙУ.4).

оЕФТХДОП ПГЕОЙФШ, ЮФП РТЙ ЗПДПЧПН РТПЙЪЧПДУФЧЕ ульу 10 11 . 10 12 чФ ОБ УПЪДБОЙЕ УЙУФЕНЩ, ПВЕУРЕЮЙЧБАЭЕК НЕЦЪЧЈЪДОЩЕ РЕТЕМЈФЩ, ХКДЈФ РПТСДЛБ 1. 10 ФЩУ. МЕФ. оЕ ФБЛ ХЦ НОПЗП РП УТБЧОЕОЙА У НЙММЙПООПМЕФОЕК ЙУФПТЙЕК ВПМЕЕ-НЕОЕЕ ТБЪХНОПЗП ЮЕМПЧЕЮЕУФЧБ.

фБЛЙН ПВТБЪПН, ГЙЧЙМЙЪБГЙС, ПЧМБДЕЧЫБС «УПМОЕЮОП»-ЛПУНЙЮЕУЛПК ЬОЕТЗЕФЙЛПК, УРПУПВОБ ОЕ ФПМШЛП Л ЙОЖПТНБГЙПООЩН ЛПОФБЛФБН У ДТХЗПК ГЙЧЙМЙЪБГЙЕК ОБ НЕЦЪЧЈЪДОЩИ (Й ДБЦЕ ОБ НЕЦЗБМБЛФЙЮЕУЛЙИ) ТБУУФПСОЙСИ, ОП Й Л ПДОПУФПТПООЕНХ НБФЕТЙБМШОПНХ ЛПОФБЛФХ.

мЙФЕТБФХТБ

1. б.вБЗТПЧ, н.уНЙТОПЧ. «21 ЧЕЛ: УФТПЙН ЪЧЕЪДПМЕФ». н.,ъОБОЙЕ.,1991., ЧЩР.4.

2. ч.вХТДБЛПЧ, а.дБОЙМПЧ «тБЛЕФЩ ВХДХЭЕЗП», н., ьОЕТЗПБФПНЙЪДБФ, 1991.

3. е.ъЕОЗЕТ «л НЕИБОЙЛЕ ЖПФПООЩИ ТБЛЕФ» н.,ййм.,1958.

Что является рабочим телом в термоядерном двигателе является

Существует много типов двигателей, использующих ядерную энергию. В этом параграфе мы не будем рассматривать двигатели, в которых ядерная энергия предварительно преобразуется в

электрическую. Их мы выделим в самостоятельный класс двигателей (см. § 7 настоящей главы), здесь же рассмотрим ядерные тепловые (ядернотермические) двигатели. Когда мы будем, для краткости, говорить о ядерных ракетных двигателях (ЯРД), то будем подразумевать под ними тепловые.

Принцип действия этих двигателей почти не отличается от принципа действия химических двигателей. Разница заключается в том, что рабочее тело нагревается не за счет своей собственной химической энергии, а за счет «постороннего» тепла, выделяющегося при внутриядерной реакции. Приблизительная пропорциональность скорости истечения величине остается в силе. Критерием выбора рабочего тела теперь служит главным образом молекулярный вес

Рис. 7. Схема твердофазного ЯРД.

Поэтому превосходным рабочим телом может служить водород, неплохим будет и вода. Рабочее тело пропускается через ядерный реактор, в котором происходит реакция деления атомных ядер (например, урана), и при этом нагревается.

Понятно, что твердофазный ядерный реактор (с твердым ядерным горючим, рис. 7) может нагреть рабочее тело лишь до температуры, меньшей его собственной температуры плавления. Между тем наиболее тугоплавкий материал, из которого могут быть сделаны элементы ядерного реактора, содержащие уран, а именно карбид гафния и тантал, плавится уже при температуре 3900°С [1.13, 1.14]. Превышение температуры превратило бы твердофазный реактор в жидкую массу, охлаждать же ядерный реактор, подобно стенкам камеры, бессмысленно. В проводившихся в США экспериментах температура рабочего тела — водорода была менее 2000°С, а скорость истечения достигала 8 км/с [1.8] (ЯРД «Нерва»). В будущем можно ожидать повышения скорости истечения до 12 км/с и несколько выше [1.9, 1.131.

Температуру рабочего тела можно повысить, если пропускать водород через жидкофазный ядерный реактор — через расплавленные

соединения урана [1.13, 1.14]. Таким путем можно достичь скорости истечения до 20 км/с [1.9], по другим данным — не выше 12 км/с [1.15].

Наконец, еще большего эффекта можно достичь, пропуская рабочее тело через газофазный ядерный реактор [1.8, 1.9, 1.13- 1.16]. Предлагаются различные способы предохранения делящегося урана от выбрасывания с рабочим телом, а стенок камеры — от расплавления (температура рабочего тела будет составлять десятки тысяч градусов). Предполагается, что скорость истечения для таких двигателей будет достигать но превышение требует существенного усложнения конструкции — введения холодильников-излучателей [1.15].

Пульсирующие ЯРД [1.13, 1.15, 1.17, 1.18]. В этих двигателях энергия атомного взрыва должна испарять рабочее тело. По проекту «Орион» [1.13] (см. также Missiles and Rockets, 14. XII. 1964) космическая ракета диаметром и массой после выведения ее на орбиту ракетой-носителем «Сатурн-5» разгоняется посредством ядерных взрывов, производящихся позади мощного стального днища. Достигается скорость истечения при реактивном ускорении По проекту фирмы «Мартин» [1.18] взрывы ядерных капсул мощностью, эквивалентной тринитротолуола, внутри камеры диаметром должны, испарив воды, вывести на околоземную орбиту нагрузку (на нижней ступени используется связка из девяти а в будущем — даже По некоторым предположениям [1.17] взрывы атомных бомб позволят достичь скорости истечения, в 10 раз большей, чем у химических ракет. Есть и более оптимистичные прогнозы, связанные с использованием термоядерных зарядов. Однако опасность радиоактивного заражения атмосферы и заключение договора о прекращении ядерных испытаний в атмосфере, в космосе и под водой, привели к прекращению финансирования упомянутых проектов в США, хотя двигатель типа «Орион» еще продолжает упоминаться в литературе.

ЯРД на термоядерном синтезе. В этих двигателях используется управляемая реакция объединения (синтеза атомных ядер, которая является еще не решенной «проблемой номер один» для физики наших дней. Рабочее тело, как предполагают, будет обтекать шнур высокотемпературной дейтериевой плазмы и изгоняться из ракеты со скоростью до причем реактивное ускорение составит [1.9, 1.17].

ЯРД на) радиоактивном распаде изотопов (рис. 8). При самопроизвольном радиоактивном распаде выделяется тепловая энергия, которую можно использовать для нагревания водорода. После израсходования рабочего тела понадобится (если мы хотим сохранить для будущего использования запас радиоактивных материалов) система охлаждения, так как остановить

радиоактивный распад невозможно. Достоинством подобного двигателя является простота конструкции. Скорость истечения для него составит реактивное ускорение — порядка

Рассматривая три последних типа ЯРД, мы столкнулись со случаями, когда двигатели сообщают космическому аппарату крайне малое ускорение — в сотни и даже десятки тысяч раз меньше Причина этого — в чрезвычайно высоком удельном весе указанных ЯРД. Двигатели такого типа называются двигателями малой тяги. Они, конечно, не могут оторвать космический аппарат от поверхности Земли, но оказываются весьма эффективными в космосе.

Как следует из зарубежных публикаций, твердофазные ЯРД, по-видимому, смогут устанавливаться в 80—90-х на верхних ступенях космических ракет. Разработка остальных типов ЯРД может потребовать десятков лет [1.8].

Рис. 8. Схема ЯРД на радиоактивном распаде изотопов [1.20]: 1 — бак с рабочим телом, 2 — изотопный материал, 3 — радиатор системы охлаждения, 4 — иасос системы охлаждения, 5 — тяговая камера.