РУССКАЯ ТОРОИДАЛЬНАЯ МАТРЁШКА - ЯДЕРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ НОВОГО ТИПА

Научно-техническое издание по новейшим энергосберегающим и экологически чистым технологиям

Горелик Иван Юрьевич

Сокращенная версия доклада на конференции Science&Future, Москва, 13-16 апреля 2004 г 
и некоторые идеи о пресс-ядерных реакциях, март 2005.

Мировые Энергетика, Транспорт, алмазы будут Ваши, если Природа будет благосклонна к моим последним изобретениям, и если Вы поможете мне реализовать эту идею.

Недавно мной было найдено несколько оригинальных решений, как получить высокое давление, и как при этом сохранить прочность материалов. Эти решения позволяют построить установку, названную объединяющим термином "Русская Тороидальная Матрёшка". Она представляет собой:

1. Двигатель нового типа на ядерном топливе; 

2. Агрегат для проведения химических реакций, превращений фазового состояния и кристаллической модификации вещества, к примеру, для получения искусственных алмазов;

3. Генератор, превращающий тепловую энергию, выделяющуюся при ядерных реакциях, напрямую в механическую и электрическую (без парового посредника).

Установки могут иметь разную мощность: от 5 кВт до десятков ГВт. Автомобильные установки имеют мощность порядка 100 кВт. Владелец автомобиля бак не заправляет, - "топлива в баке" хватит на несколько лет. Остановка и запуск двигателя, вероятно, будут слишком энергоемкими, и могут привести к его порче при сбросе высокого давления. Поэтому автомобиль продается с включенным двигателем и в процессе работы не выключается. На стоянках и в гаражах оборудуются розетки отбора электроэнергии от двигателя автомобиля. Владелец автомобиля получает доход за пополнение электросети города энергией.

В идеальном случае ядерный двигатель бесшумный и экологически чистый. Выхлопной трубы у автомобиля нет. КПД двигателя, вероятно, будет не слишком высоким, порядка 20%, хотя если третий пункт (ядерно-электрический генератор) удастся реализовать, то КПД будет достаточно высок. Тепловые потери, уходят в окружающую среду через водяной или масляный радиатор, примерно также как в обычном автомобиле.

Проверка изобретения может быть выполнена в течении 6 месяцев. В случае положительных результатов с установками большой мощности, Русская Тороидальная Матрешка может занять главенствующую позицию в Энергетике. В случае положительных результатов для установок мощностью порядка 100 кВт, они займут главенствующую роль в Транспорте. В случае положительных результатов для компактных установок полезной мощностью порядка 5-10 кВт, они "войдут" в частные дома и квартиры. Полезная мощность потребляется в виде электроэнергии, и в конечном итоге согревает дом. Тепловая энергия, выделяемая в радиаторе самой установки, тоже идет на обогрев дома. То есть, в зимнее время КПД домашних установок равен 100%. В летнее время избыток электроэнергии и тепло может пойти на обогрев теплиц или почвы грядок.

Через 10-20 лет воздух в городах будет чист, поскольку у машин не будут выхлопных труб, поскольку не будет дымящих ТЕЦ. Газовые плиты на кухнях будут заменены электрическими. Газопроводы и линии электропередач будут демонтированы и утилизированы. Угольные шахты закрыты. Большинство нефтяных и газовых скважин тоже будет закрыто. Это будет через 10-20 лет, но считая не с сегодняшнего дня, а с того дня, когда люди поймут, что проект "Русская Тороидальная Матрешка" реален.

На рисунке выше показано, что спрятано под капотом автомобиля будущего. Вместо привычного двигателя внутреннего сгорания, на машине установлены две матрешки.

А вот так может выглядеть кухня и балкон в квартире будущего

А вот так может выглядеть кухня и балкон в квартире будущего.

Энергетическая установка стоит на балконе. Электрическая энергия, выделяемая в ней, питает всё домашнее оборудование. А, значит, мы можем отключиться от электроснабжения и газоснабжения. Вода или масло из системы охлаждения установки циркулирует по отопительным батареям. А, значит, мы можем отключиться и от централизованного отопления. В ночное время, и в периоды малого потребления электроэнергии, в большом резервном баке прогревается вода, следовательно, мы можем отключиться и от централизованной подачи горячей воды.

В основу её работы Русской Тороидальной Матрешки (РТМ) положено две главные идеи:

  • создание высокого давления с помощью вращающейся гравитепловой катушки;

  • увеличение прочности, осуществляемое по принципу матрешки. При этом создаваемое давление может достигать 1000ГПа, или десять миллионов атмосфер, при габаритных размерах порядка одного метра. Этого давления уже достаточно для создания искусственных алмазов, но для ядерного синтеза не хватает еще одного или двух нулей. Поэтому, в зависимости от назначения РТМ, и в зависимости от дополнительной вложенной идеи, теоретически построено около тридцати моделей РТМ. В основу всех моделей положена вращающаяся гравитепловая катушка (ГТК).

НАГНЕТАНИЕ ДАВЛЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ГТК

Ниже мы видим три катушки, состоящие соответственно из 1, 2 и 5 витков. Синий цвет указывает на то, что эта часть катушки холодная. Красным цветом показана горячая часть катушки. Газ или жидкость обычно имеют меньшую плотность при более высокой температуре. Поэтому уровень жидкости в U-образной трубке будет выше с той стороны, где температура жидкости выше. Заменяя U-образную трубку на катушку, мы можем преумножить этот эффект.

На концах катушки создается разность давлений, пропорциональная количеству витков катушки

Если температура правой стороны катушки меньше, чем температура левой стороны катушки, и если давление на холодном конце катушки поддерживается на уровне внешнего давления, то на заглушенном горячем конце катушки будет создаваться повышенное давление. Чем больше витков содержит катушка, тем выше создаваемое давление. Если, наоборот, горячий конец катушки поддерживать при атмосферном давлении, то у заглушенного холодного конца катушки будет создаваться вакуум, тем глубже, чем больше витков содержит катушка. Эффект будет также тем сильнее, чем больше вертикальные размеры катушки, и чем больше разность температур на сторонах катушки. Но гравитация слаба, и для создания требуемых давлений, такая катушка должна иметь очень большие размеры. Вспоминая о принципе эквивалентности между гравитацией и инерцией, мы можем перейти от стационарной гравитепловой катушки к вращающейся гравитепловой катушке.

Разрезая трубку, и устанавливая в месте разреза манометры, мы увидим, что создаваемое
давление будет пропорционально центростремительному ускорению катушки

В стационарной ГТК одна сторона, поддерживалась при высокой температуре, а другая сторона - при низкой температуре. Во вращающейся ГТК верхняя часть поддерживается при высокой температуре, а нижняя - при низкой температуре. Можно, конечно, и наоборот. В стационарной ГТК разность давлений создавалась благодаря наличию напряженности гравитационного поля, g=9,8 м/с^2, направленной всегда вниз. Во вращающейся ГТК разность давлений создается благодаря наличию центростремительного ускорения a, направленного к центру, и перпендикулярно оси вращения. Реалистично мы можем создать ускорение a, превосходящее g в 10000 раз. А значит, и длина труб, необходимая для достижения нужных давлений будет в 10000 раз меньше, чем это требовалось в случае стационарной катушки.

Но поскольку давления, требуемые для осуществления реакций синтеза, огромны, и исчисляются многими ГПа, то никакая труба не сможет выдержать требуемого давления. Даже если сделать трубу с внутренним диаметром 1 миллиметр, и толщиной стенки 1 метр, то она все равно будет не прочной, так как внутренность трубы расширится, растрескается, и давление упадет.

Для того, чтобы увеличить прочность трубы необходимо вложить трубу в трубу, - сделать многослойную матрешку.

ПРИНЦИП МАТРЁШКИ

Положим тороидальную катушку горизонтально на стол, - бублик.

Рассечем её вертикальной плоскостью напополам. В сечениях получим два круга. Мысленно уберем простенки между витками, но оставим простенки между слоями катушки, - получаем нечто подобное матрешке, серию соосных торов, вложенных друг в друга.

Перейдем к более простой задаче, - о сферической матрешке.

Предположим, что воздушный шарик с вольфрамовой стенкой может выдержать давление 2 ГПа. Как внутри него создать давление 100ГПа? Накачиваем его до давления 1ГПа.

Предположим, что внутри этого воздушного шарика есть еще один шарик, и некий демон, как в идее Максвелла. Демон накачивает внутренний шарик. И внутри внутреннего шарика получаем давление 2ГПа.

Во втором шарике есть еще один шарик, и еще один демон. Он накачивает свой шарик относительно себя до 1ГПа, а относительно нас до 3ГПа.

В 99 шарике есть сотый шарик и сотый демон. Он накачивает сотый шарик до внутреннего давления 100ГПа. Шарик выдерживает это давление, поскольку снаружи сотого шарика давление 99ГПа.

При давлении порядка нескольких ГПа газы превращаются в жидкости, а жидкости превращаются в твердые тела. Но это происходит при нормальных температурах. Значит, двигаясь вглубь от шарика к шарику, прибавляем им температуру по сто градусов. Тогда газы остаются газами, жидкости жидкостями. Температура в центральном шарике должна быть несколько тысяч градусов. Для этого нужен нагрев изнутри. С этой ролью справляется радиоактивное вещество, предварительно заложенное в центральном шарике.

Будет ли перетекать материал оболочки внутреннего шарика в оболочку внешнего шарика? Нет, - они разделены, рабочим телом сжатия. Следовательно, воздушный шарик с толщиной стенки 99 см и внутренним диаметром 1 см оказывается значительно слабее, чем 99 тонких шарика, вложенных друг в друга, но с примерно одинаковым перепадом давления. Таким образом, матрешка оказывается значительно прочнее монолитной емкости таких же размеров. Сечение тора показано на следующем рисунке. Рисунок следует понимать условно, т.к. мы мысленно убрали простенки между витками, но оставили простенки между слоями катушки.

Принцип матрёшки

Устройство тора обладает еще одним хорошим качеством, - его вещество, будучи всесторонне почти однородно сжатым, обладает повышенным пределом прочности.

Текст, относящийся к моделям от РТМ-1 до РТМ-30, опускаем. Его можно причитать на моем web-сайте. Эти модели были проработаны в начале 2004 года, а в январе-марте 2005 года была проработана модель на пресс-ядерных реакциях с катализатором. Она размещена там-же, а здесь мы размещаем её копию.

ПРЕСС-ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ С КАТАЛИЗАТОРОМ

К настоящему времени известны следующие типы ядерных реакций:

  • Спонтанный распад ядер;

  • Распад тяжелых ядер под действием нейтронов;

  • Синтез легких ядер, или термоядерные реакции;

  • a-распад;

  • b--распад;

  • b+-распад;

  • захват электрона;

  • Изомерный переход;

  • Двойной b-распад;

  • Единичные ядерные реакции, осуществляемые на ускорителях.

Второй тип реакций реализован промышленно на атомных электростанциях. Его спутниками стали 4, 5, 7 типы реакций. Третий тип реакций реализован в неуправляемой форме, - водородная бомба. Существуют указания, что недавно удалось осуществить двойной b-распад, но многие полагают, что это ошибка экспериментаторов.

Мысленно изучая работу РТМ, я наткнулся на новый тип реакций, которые сначала хотел назвать двойной безнейтринный b-распад. Но, во-первых, этот термин уже существует и отражает несколько другие реакции; во-вторых, в выходных каналах реакций, которые будут предложены ниже, могут отсутствовать не только нейтрино, но и b-частицы. Поэтому новый тип реакций можно назвать замысловато: парная безлептонная bbnn-аннигиляция, а поскольку для их осуществления нужны высокие давления и высокие угловые скорости, то эти реакции лучше именовать пресс-ядерные реакции. Установку для их осуществления можно назвать пресс-ядерный реактор, или пресс-ядерный двигатель.

Топливом для нового двигателя могут быть: калий или ванадий. Что особенного в этих элементах? Если построить диаграммы для ядер разных химических элементов, содержащих одинаковое число нуклонов, то можно заметить следующую закономерность. Существует энергетическая лесенка, посредине которой находится стабильный изотоп. Элементы, находящиеся с одной стороны стабильного изотопа, являются нестабильными и распадаются путем серии b--распадов, пока не превратятся в стабильный изотоп. А элементы, стоящие с другой стороны, распадаются путем серии b+-распадов, или электронных захватов. Иногда на лесенке находятся два стабильных изотопа, а между ними нестабильный изотоп, который испытывает либо b--распад, либо b+-распад. Если период полураспада для такого изотопа оказывается не слишком большим, то такого изотопа уже не существует в природе, а если период полураспада большой, то такой изотоп еще существует в смеси данного элемента. Такими изотопами являются 40K и 50V, 138La, 176Lu. Поскольку количество лантана и лютеция в земной коре мало, то мы их не рассматриваем. Массовое содержание калия в земной коре 2,35%, а ванадия 0,02%. В естественной смеси калий представлен в виде трех изотопов: 39K-93,26%, 40K-0,01%, 41K-6,73%. Ванадий представлен в виде двух изотопов: 50V-0,25%, 51V-99,75%. Поскольку нас интересует промышленная применимость изотопа, вычислим массовое содержание 40K и 50V в земной коре: 40K-0,000235%, 50V-0,00005%. Сравнивая эти величины с содержанием урана, U-0,0004%, приходим к выводу, что эти изотопы могут быть промышленно применимы в энергетике будущего, если нам удастся каким-то образом заменить их медленный спонтанный бета-распад, на нечто более быстрое и управляемое.

Известно, что раннее неоднократно проводились попытки ускорить процесс радиоактивного распада нестабильных изотопов. Их нагревали до высокой температуры, сжимали до огромных давлений, вращали с огромной скоростью в центрифуге, но постоянная радиоактивного распада почти не менялась. Но мы сейчас можем построить новый прибор, - РТМ, в которой одновременно создается и высокое давление (~100 ГПа), и огромные центростремительные ускорения (~10000g).

Гипотеза: если два ядра, находящиеся в состоянии неустойчивого равновесия, то есть, способные одновременно и к b-, и к b+-распаду, размещены очень близко друг к другу; если существует решетка способная принять вращающий момент, то возможна реакция парного безлептонного превращения.

Например:

40K19 + 40K19 ---> 40Ar18 + 40Ca20 + Q + L.

Катализатором этой реакции можем быть ядро атома водорода:

40K19 + 40K191H1 ----> 40Ar18 + 40Ca20 + 1H1 + Q + L.

В правых частях этих уравнений записаны: Q- тепловая энергия, освобождаемая в форме кинетической энергии образовавшихся стабильных ядер, или в виде гамма-квантов; L- угловой момент, передаваемый решетке атомов тора. Момент передается по ходу вращения тора и увеличивает вращательную энергию тора; в противном случае законы сохранения не работают. Увеличение углового момента тора снимает электрогенератор, уменьшающий угловой момент тора.

Рассмотрим последнюю реакцию более детально. Природный 40K19 спонтанно скатывается с энергетического бугорка: либо влево, с образованием стабильного изотопа 40Ar18, либо вправо, с образованием стабильного изотопа 40Ca20:

40K19 ---> 40Ca20 + e-1 + n~ + Q; (b- распад, 89%),
40K19 ---> 40Ar18 + e+
1 + n + Q; (b+ распад, 0,001%),
40K19 + e-1 ---> 40Ar18 + n + Q; (захват электрона, 11%).

Вместе с кальцием образуется электрон и антинейтрино.

Вместе с аргоном образуется позитрон и нейтрино, или захватывается орбитальный электрон и образуется нейтрино. 
Образовавшиеся стабильные изотопы и электроны уносят тепловую энергию Q;

образовавшиеся позитроны проаннигилируют с электронами, и эта энергия тоже выделится в виде тепла локально; гипотеза: нейтрино уносит угловой момент и вращательную энергию, которая становится достоянием всей Вселенной, т.е. эта энергия выделяется нелокально. Чтобы нейтрино и антинейтрино не уносили вращательную энергию, реакцию необходимо осуществлять во вращающемся объекте, а чтобы при этом соблюдался закон сохранения лептонного числа, реакции должны осуществляться попарно.

Возможный вариант парной реакции это:

40K19 + 40K19 ---> 40Ar18 + 40Ca20 + Q + L. Но вероятность такой реакции, наверное, мала. Увеличить вероятность этой реакции можно, добавляя водород, в качестве катализатора, в калий-40.

Примерный ход событий: Поскольку 40K радиоактивен, то спонтанно может произойти распад какого-то ядра. Локально выделяется энергия порядка 1 МэВ. Некоторые атомы водорода, находящиеся рядом, ионизируются (13,6 эВ) и приобретают большую энергию, достаточную для того, чтобы влететь на мгновение под электронную оболочку атома 40K. Ядро 40K нестабильно, и вокруг него существует шуба из виртуальных пар W+ и W-. Известно, что нейтрон распадается по схеме: n ---> p + e-1 + n~ + Q.

Наверное, её можно записать и так: n ---> p + W- ---> p + e-1 + n~ + Q.

Протон вне ядра стабилен, и для образования нейтрона, позитрона и нейтрино ему не хватает энергии. Поэтому протон лишь на мгновение превращается в нейтрон: p ---> n + W+ ---> p.

Но если это происходит в момент его пролета около ядра 40K, то становится вероятной парная реакция:

n ---> p+W+ W-+W+--->L+Q p+Q3+L3
40K19--->40Ar18+W- 40Ar18+Q4+L4

По аналогии мы можем записать следующую пару реакций, возвращающую водород (протон) в систему.

n ---> p+W+ W-+W+--->L+Q p+Q3+L3
40K19--->40Ar18+W- 40Ar18+Q4+L4

Последняя пара тоже оказывается энергетически выгодна, но вероятность её протекания будет маленькой, поскольку нейтрон гораздо быстрее будет захвачен каким-нибудь ядром. Эта пара реакций записана для того, чтобы можно было понять смысл записи 40K19 + 40K19 +----> 40Ar18 + 40Ca20 + 1H1 + Q + L, и каким образом водород становится катализатором этой реакции: 40K19 + 40K191H1 ----> 40Ar18 + 40Ca20 + 1H1 + Q + L.

В реальной установке за симметрией можно стремиться в том случае, если установка используется как экологически чистый двигатель. Приведенные реакции имеют не слишком большой энергетический выход и, следовательно, нет необходимости в наличии массивной защиты от гамма излучения. При этом установка должна быть заправлена водородом и максимально чистым изотопом 40K.

Если установка стационарна, и может иметь массивную защиту от гамма излучения, то она может быть заправлена водородом и естественной смесью изотопов калия, обогащенную изотопом 40K. При этом осуществляется первая реакция:
40K19 + p ---> 40Ca20 + n + 0,529 МэВ.

А вместо второй симметричной, осуществляется один из наиболее вероятных радиационных захватов образовавшегося нейтрона:

39K19 + n ---> 40K19 + 7,8 МэВ.
40K19 + n ---> 41K19 + 10 МэВ. 
41K19 + n ---> 42K19 + 7,5 МэВ ---> 42Ca20 + e-1 + n~ + 0.521МэВ.

Захват нейтрона изотопом 39K пополняет запас изотопа 40K.
Захват нейтрона изотопом 40K уменьшает его содержание в смеси.

Сечения радиационного захвата тепловых нейтронов на изотопах калия имеют следующие значения:

39K: s = 2,1*10-28м2;
40K: s = 30*10-28м2;
41K: s = 1,46*10-28м2.

Как видим, вероятность захвата нейтрона изотопом 40K почти в 15 раз больше, чем изотопом 39K, но в естественной смеси на одно ядро 40K приходится порядка 10000 ядер 39K. С учетом этого естественную смесь калия следует обогащать до отношения: 
39K / 40K ~ 100.

При этом, в процессе работы установки количество исчезнувших ядер 40K будет примерно равно количеству таких же ядер, восстановленных из изотопа 39K.

Таким образом, в установке фактически выгорает самый распространенный изотоп калия, 39K (93%), что делает калий, по сравнению с ураном, почти неисчерпаемым источником энергии.

Распад одного ядра урана с учетом серии последующих бета-распадов его осколков дает порядка 200 МэВ. Сгорание одного ядра калия дает порядка 10 МэВ, то есть, в 20 раз меньше. Масса ядра урана примерно в 6 раз больше массы ядра калия. Следовательно, полное сгорание одного килограмма урана дает энергии примерно в 3 раза больше, чем полное сгорание одного килограмма калия. Но калия на Земле в 6000 раз больше. Реакции с калием экологически значительно чище, - период полураспада 42K19, образующегося в цепочке 41K19 + n ---> 42K19 + 7,5 МэВ ---> 42Ca20 + e-1 + n~ + 0.521МэВ, сравнительно маленький: 12,36 часа. Поэтому, установки, работающие на калии, не накапливают радиоактивных отходов.

Не исключено, что в перспективе пресс-ядерные реакции смогут ускорить радиоактивный распад отходов, накопленных урановой энергетикой.

Оценим количество топлива (калия) которое необходимо сжечь в установке для того, чтобы установка выдавала полную мощность 20 кВт в течение 5-ти лет (срок от производства до её утилизации). Мощности 20 кВт вполне достаточно для энергетических и тепловых нужд средней семьи.

Симметричная реакция дает 2,817МэВ, и при этом сгорают два атома 40K19:

40K19 + 40K19 ---> 40Ar18 + 40Ca20 + 2,817МэВ.

Асимметричная реакция дает примерно 8МэВ, и при этом сгорает один атом 39K19 и один атом водорода:

40K19 + p ---> 40Ca20 + n + 0,529 МэВ.
39K19 + n ---> 40K19 + 7,8 МэВ.

Перейдем в систему СИ: 2,817МэВ=4,5*10-13Дж. 8МэВ=1,3*10-12Дж.

Количество ядер, которые должны распасться за 1 секунду для обеспечения мощности 20кВт:

nсим=20000Вт/4,5*10-13Дж=4,4*1016с-1
nасим=20000Вт/1,3*10-12Дж=1,6*1016с-1.

Количество ядер, которые должны распасться за 5 лет:

Nсим=4,4*1016с-1*60*60*24*365*5 = 7*1024.
Nасим=1,6*
1016с-1*60*60*24*365*5 = 2,5*1024.

Масса калия, которая должна сгореть за 5 лет:

mсим = 7*1024*40*2*1,66*10-27 кг = 0,9 кг.
mасим = 2,5*1024*39*1,66*10-27 кг = 0,16 кг
.

Итак, для постройки установки с симметричной реакцией в неё нужно заложить почти килограмм 40K19. При этом в отвал пойдет почти 10000 кг изотопов калия 39K и 41K.

Для постройки установки с асимметричной реакцией в неё нужно заложить порядка 300 грамм изотопа 39K и порядка 3 грамм изотопа 40K. Через пять лет установка утилизируется и из неё извлекается 140 грамм 39K и те же 3 грамма 40K. Добавляем в эту смесь 160 грамм 39K и закладываем в новую установку.

Аналогичные реакции можно записать для ванадия-50.

ВЫВОД

РТМ является новым техническим агрегатом, который может использоваться в различных целях, и прежде всего, как преобразователь ядерной энергии в электрическую и тепловую. Пренебрегать этим агрегатом в условиях надвигающегося энергетического кризиса крайне расточительно.

ГТК придумана в 2000 году.
РТМ придумана на основе вращающейся ГТК в конце 2003-го, начале 2004-го года.
В начале 2005 года для РТМ изобретены пресс-ядерные реакции с катализатором.
Не пора ли приступать к практическому воплощению РТМ в жизнь?

Смотри также уникальную открытую коллекцию патентов изобретений и технологий: Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии

НАПИСАТЬ ПИСЬМО АВТОРУ ПУБЛИКАЦИИ

Ваш E-mail:*

Сообщение:*

 

Версия для печати
Автор:
Горелик Иван Юрьевич
P.S. Материал защищён
Дата публикации 23.03.2005гг


вверх