Устройство для подачи газа во внутреннюю полость многокаскадного осесимметричного устройства имплозивного типа

Изобретение относится к области исследований физики высоких плотностей энергий и термоядерных реакций при реализации высокотемпературных состояний в сжатом газе, например водороде. Такое состояние вещества может достигаться при исследованиях по газодинамическому термоядерному синтезу (ГДТС), в которых газ сжимается до сверхвысоких давлений.

Для сжатия газа до давлений в несколько миллионов атмосфер, при исследованиях по ГДТС, применяются устройства имплозивного типа. Известно устройство для подачи газа во внутреннюю полость осесимметричного устройства имплозивного типа (патент RU 2545289. Устройство сферической формы для исследования сжимаемости газов в области сверхвысоких давлений. Бликов А.О., Калинин И.С., Комраков В.А., Мочалов М.А., Огородников В.А., Романов А.В., опубликован 27.03.2015), представляющего собой заряд взрывчатого вещества (ВВ), охватывающий металлическую кумулирующую оболочку. В полость накачивают газ под высоким давлением через металлический трубопровод, который проходит через заряд ВВ и металлическую оболочку. Трубопровод выполнен расходящимся под заданным углом к оси трубопровода с образованием в оболочке отверстий, а вдоль трубопровода установлен металлический стержень.

При детонации заряда ВВ в трубопроводе образуется струйное течение, которое формирует газо-металлическую струю. Недостатком устройства, выбранного в качестве аналога, является то, что между внутренней стенкой трубопровода и металлическим стержнем остается свободное пространство, которое через отверстия в оболочке напрямую связано с внутренним объемом кумулирующей оболочки, заполненным газом. При этом устранение основной газо-металлической струи обеспечивается, но не обеспечивается полное устранение струйных эффектов, возникающих при обжатии трубопроводом металлического стержня, что не исключает попадание формирующихся струй во внутренний объем оболочки.

Известно устройство для подачи газа во внутреннюю полость многокаскадного осесимметричного устройства имплозивного типа (Попов Н.А., Щербаков В.А. и др. О термоядерном синтезе при взрыве сферического заряда (проблема газодинамического термоядерного синтеза)//Успехи физических наук. Том 178. №10. С. 1087-1093), выбранное в качестве прототипа и содержащее металлический трубопровод, который проходит через слой ВВ и сообщается с заполняемой полостью между металлическим оболочками, скрепленными и сцентрированными друг относительно друга металлическими спицами. Через трубопровод в межкаскадное пространство накачивают газ под высоким давлением.

Так же, как и в аналоге, при детонации заряда ВВ в трубопроводе образуется струйное течение, которое формирует газо-металлическую струю. Серия газодинамических расчетов и модельных экспериментов показала, что плотность этой струи небольшая, но она обладает высокой скоростью и под проекцией трубопровода на внутренних оболочках, из-за воздействия струи, появляются опережающие возмущения, приводящие к ухудшению симметрии схождения внутренних кумулирующих оболочек. Это приводит к снижению эффективности сжатия водорода.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в нейтрализации струйных течений из трубопровода и повышении эффективности сжатия имплозивного устройства.

Технический результат, достигаемый при осуществлении заявляемого изобретения, заключается в обеспечении улучшения симметрии схождения оболочек многокаскадного осесимметричного устройства имплозивного типа за счет нейтрализации струйных течений из трубопровода.

Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом устройстве для подачи газа во внутреннюю полость многокаскадного осесимметричного устройства имплозивного типа, содержащем трубопровод, проходящий через заряд взрывчатого вещества и сообщающийся с заполняемой полостью между металлическими оболочками осесимметричного устройства, скрепленными металлическими спицами, новым является то, что трубопровод установлен соосно с одной из металлических спиц, входит в одну из оболочек на глубину не менее ѕ ее толщины и упирается в торец спицы, вдоль трубопровода установлен металлический стержень с каналом между ним и внутренней стенкой трубопровода, на стержень намотана металлическая проволока, с возможностью прохождения по каналу газа, в трубопровод со стороны спицы, заподлицо с торцом, плотно вставлена металлическая заглушка, причем для прохождения газа на ее поверхности выполнена, по меньшей мере, одна винтовая канавка, а в торце спицы выполнена, по меньшей мере, одна проточка.

Размещение трубопровода соосно с одной из металлических спиц и заход в оболочку на глубину не менее ѕ ее толщины с упором в торец спицы позволяет надежно закрепить трубопровод и спицу в материале кумулирующей оболочки.

Выполнение трубопровода с размещением стержня вдоль его оси с каналом между ним и внутренней стенкой трубопровода и с намотанной на стержень металлической проволокой позволяет ослабить струйные течения, образующиеся в канале для подачи газа при его обжатии детонационной волной от взрыва заряда ВВ.

Металлическая заглушка, на поверхности которой выполнена, по меньшей мере, одна винтовая канавка, а в торце спицы выполнена, по меньшей мере, одна проточка для прохождения газа, необходима для нейтрализации струйных течений, которые могут попасть во внутренний объем многокаскадной кумулирующей системы.

Канал между стержнем и внутренней стенкой трубопровода, винтовая канавка на металлической заглушке, проточка на торце спицы и технологические зазоры между боковой поверхностью спицы и отверстием в оболочке, в которое вставлена спица, образуют единый канал для подачи газа в полость.

На фиг.1 приведена конструкция трубопровода устройства-прототипа, где: 1 – заряд ВВ, 2 – металлическая кумулирующая сферическая оболочка, 3 – полость, наполняемая газом, 4 – трубопровод, 5 – металлический стержень.

На фиг.2 приведена заявляемая конструкция трубопровода в устройстве для подачи газа во внутреннюю полость многокаскадного осесимметричного устройства имплозивного типа.

На фиг.3 показаны фотографии модельных экспериментов без заявляемого устройства (a) и с его применением (b), которые показывают, что заявленное устройство обеспечивает нейтрализацию струйных течений из трубопровода.

Заявляемое устройство для подачи газа во внутреннюю полость многокаскадного осесимметричного устройства имплозивного типа содержит трубопровод 4, проходящий через заряд ВВ 1. Вдоль оси трубопровода 4 установлен металлический стержень 5 с намотанной медной проволокой ∅0,05 мм 6 в канале 11 для прохождения газа в заполняемую полость 3 между металлическими кумулирующими оболочками 2. Трубопровод 4 выполнен соосно с металлической спицей 7 центрирующей оболочки 2 многокаскадного осесимметричного устройства имплозивного типа. В трубопровод 4 со стороны центрирующей металлической спицы 7, заподлицо с торцом плотно вставлена металлическая заглушка 8. Для затекания газа в полость 3 многокаскадного устройства на поверхности металлической заглушки 8 выполнена винтовая канавка 9, а на торце центрирующей спицы 7 выполнена проточка 10.

Заявленное устройство работает следующим образом. При подрыве заряда ВВ 1 детонационная волна скользит вдоль стенок трубопровода 4 и обжимает его. Стенки трубопровода обжимают металлический стержень 5 с намотанной на него металлической проволокой 6. При этом образующиеся струйные течения в канале 11 гасятся намотанной медной проволокой 6 и металлической заглушкой 8, плотно вставленной в трубопровод 4. Таким образом, заявленная конструкция трубопровода нейтрализует образование струйных течений, которые могут попасть во внутренний объем многокаскадной кумулирующей системы, что улучшает симметрию многокаскадных устройств имплозивного типа.