Способ ударного сжатия тел малой плотности, снаряд и реактор для его осуществления

Способ ударного сжатия тел малой плотности, снаряд и реактор для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области способов и средств получения высоких динамических давлений и температур, а также к области способов и средств получения плазмы, а также (в дальней перспективе) к области гибридных ядерных реакторов деления-слияния (ГЯРДС) и термоядерных реакторов с инерциальным удержанием плазмы (ТЯРИУП). Изобретение может быть использовано для проведения химических реакций, требующих высоких давлений и температур, или для изменения кристаллической структуры твердых тел при высоком давлении и температуре, в частности для получения искусственных алмазов (алмазного порошка) и других веществ с высокой твердостью. В дальней перспективе, при скоростях предлагаемых для получения высоких давлений и температур снарядов порядка сотен км/с, изобретение может быть использовано для сжатия DT-льда с целью получения нейтронного источника, в частности для ГЯРДС, а при еще больших скоростях снарядов - для осуществления инерциального термоядерного синтеза (ИТС) в ТЯРИУП.

Известен способ получения динамического высокого давления с помощью ударных волн [Физическая энциклопедия. Т. 1. Гл. ред. Прохоров A.M. - М: Большая Российская энциклопедия, 1998. С. 552], [Большая российская энциклопедия, т. 8, М.: Науч. изд-во «Большая российская энциклопедия», 2007. С. 220], [Большая советская энциклопедия, т. 7, М.: Издательство «Советская энциклопедия», 1972. С. 486]. Давление в ударной волне, распространяющейся в конденсированных средах от детонации взрывчатого вещества (ВВ) достигает нескольких десятков ГПа. Близкие давления создаются при ударе по мишени ударником, который разгоняют с помощью пневматических и пороховых пушек до скоростей ~2 км/с (метод метания пластин). С помощью ВВ можно разогнать ударник до скоростей, близких к скорости разлета продуктов взрыва (~10 км/с). При соударении такого ударника с мишенью может достигаться давление в несколько сотен ГПа.

Ударную волну можно использовать, в частности, для получения синтетических алмазов. Микроскопические кристаллы алмазов могут получаться без участия катализаторов при сжатии графита в ударной волне. Этот метод пока не получил промышленного применения [Большая советская энциклопедия, т. 1, М.: Издательство «Советская энциклопедия», 1970. С. 454], [Большая российская энциклопедия, т. 1, М.: Науч. изд-во «Большая российская энциклопедия», 2005. С. 514]. Синтетические алмазы размером 10-30 мкм получают динамическим высоким давлением около 30 ГПа при температурах ~3000°С и выше [Физическая энциклопедия. Т. 1. Гл. ред. Прохоров A.M. - М: Большая Российская энциклопедия, 1998. С. 61]. Крупные синтетические алмазы получают с помощью статического высокого давления.

Способ получения динамического высокого давления с помощью ударных волн имеет следующие недостатки. Ударная волна (УВ) действует очень кратковременно. Вследствие этого, например, невозможно получить крупные кристаллы алмазов: зародившиеся кристаллы лишены возможности длительного роста и образуют осколки размером в несколько микрон [Безруков Г.Н., Бутузов В.П., Самойлович М.И. Синтетический алмаз. М., «Недра», 1976. С. 22]. Если разгоняется только один ударник, то достигаемое давление в УВ ограничивается его скоростью, которая ограничивается мощностью ВВ. Кроме того, при сжатии вещества в УВ нельзя достичь большой степени сжатия.

Известен способ получения ударносжатой плазмы при помощи лобового столкновения двух плазменных потоков полученных в результате мощного импульсного разряда [Султанов М.А. Газогидродинамический нагрев ударносжатой плазмы. - Душанбе: Дониш, 1990]. Однако таким способом трудно достичь плотности плазмы, необходимой для осуществления ИТС, т.к. плотность ударносжатой плазмы при коэффициенте Пуассона γ=5/3 может возрасти только в 4-64 раза в зависимости от геометрии сжатия [там же, с. 50, с. 47]. Согласно [там же, с. 35] и [Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. В 2 ч. Ч. 1: Учеб. руководство: Для втузов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат.лит., 1991. С. 122-124] при сжатии по ударной адиабате отношение плотностей газа на скачке уплотнения не превосходит , где γ - коэффициент Пуассона. При γ=5/3 это отношение равно 4. Но для ИТС нужно увеличение плотности на 3-4 порядка [Ядерный синтез с инерционным удержанием. Современное состояние и перспективы для энергетики / Под ред. Б.Ю. Шаркова. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. С. 38, с. 17]: от 0,215 г/см³ до 300-1000 г/см³ или хотя бы до 100 г/см³ [Кошкарев Д.Г., Чуразов М.Д. Инерциальный термоядерный синтез на базе тяжелоионного ускорителя-драйвера и цилиндрической мишени. -Атомная энергия, 2001, т. 91, вып. 1, с. 47-54]. Поэтому плотности уже начальных потоков должны быть очень большими.

Известен способ магнитогазодинамического сжатия термоядерного горючего для получения нейтронов (варианты) и устройство для его осуществления RU 2416892 С9, опубл. 20.04.2011 (коррекция опубл. 20.08.2011). Специальным устройством организуется столкновение предварительно ускоренных плазменно-токовых оболочек, в результате которого образуется гипоциклоидальный плазменный лайнер. При сжатии таким лайнером плазменного ядра или твердотельной мишени используется как магнитное давление тока оболочек, так и скоростное (динамическое) давление оболочек. Может также использоваться реактивная отдача ос-частиц образующихся в результате реакции синтеза на поверхности мишени. Данный способ сжатия позволяет получить высокие степень сжатия, давление и температуру плазмы. Недостатком данного способа сжатия можно считать использование мощного разряда в газе, в результате которого неизбежно электроды и изолятор будут изнашиваться. Это ограничивает число циклов работы устройства, а также загрязняет (не смотря на очистку центробежной силой) плазму тяжелыми ионами из электродов и изолятора (эти примеси увеличивают потери на излучение). Кроме того, плазменно-токовые оболочки по сути являются плазменными транспортирующими линиями с магнитной самоизоляцией [Ядерный синтез с инерционным удержанием. Современное состояние и перспективы для энергетики / Под ред. Б.Ю. Шаркова. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. С. 172-179], поэтому расстояние от плазменного ядра или мишени до краев электродов составляет ~1-2 м, что сильно уменьшает долговечность реакторной камеры или ее элементов. Данный способ сжатия имеет один общий признак с заявляемым - использование динамического давления, но геометрия сжатия сильно отличается от используемой в заявляемом способе сжатия.

Известен способ получения алмазов RU 2159670 С1, опубл. 27.11.2000, заключающийся в прессовании графитного порошка с зачеканкой его в капсуле пресс-формы с помощью одновременного взрыва размещенных на противоположных торцах капсулы зарядов ВВ специальной формы. Таким образом, здесь используется не только динамическое давление в ударной волне, но и столкновение, взаимодействие («интерференция») двух встречных ударных волн, а также прессование (квазистатическое сжатие). Недостатком такого способа сжатия является то, что степень сжатия образца, давление и температура в нем ограничены мощностью ВВ и прочностью стенок пресс-формы.

Известен способ обработки веществ динамическим давлением SU 812333 А1, опубл. 15.03.1981 (описание опубл. 18.03.1981). Образцы веществ в металлических ампулах размещают симметрично на противоположных сторонах прокладки и на образцы одновременно воздействуют динамическим давлением, создаваемым ударами метательных пластин. Метательные пластины ускоряются до высокой скорости продуктами взрыва ВВ навстречу друг другу и ударяются с противоположных сторон прокладки о металлические ампулы. Вследствие взаимодействия («интерференции») встречных ударных волн давление обработки повышается более чем в 2 раза по сравнению с давлением в одной ударной волне, в результате охранные кольца, в которые помещаются металлические ампулы, и прокладка разрушаются. Для более плавного квазиизоэнтропического сжатия однородные метательные пластины могут заменяться на слоистые (слои из разных материалов). Недостатком способа обработки является то, что при обычном ударном методе сжатия адиабатическое сжатие образца (а, значит, и высокая степень сжатия) невозможно и к нему можно только немного приближаться (в данном случае за счет использования слоистых метательных пластин). Данный способ обработки веществ динамическим давлением или способ сжатия тел похож на заявляемый способ сжатия, т.к. если убрать прокладку и прикрепить ампулы к метательным пластинам и разгонять их вместе с пластинами, то получатся снаряды похожие на снаряды по пп. 1-3 формулы. Кроме того, в данном способе сжатия тел, как и в заявляемом, используется схождение ударных волн.

Известен способ получения синтетических алмазов RU 2052378 С1, опубл. 20.01.1996, согласно которому сжатие графита осуществляют динамическим внедрением снаряда с графитной массой на конце в мишень. Графит размещают на переднем торце болванки снаряда в углублении в форме шарового сегмента, при этом часть графита выступает вперед из этого углубления и покрыта спереди тонким слоем из пластичного материала. Снаряд помещают в орудие и выстреливают в мишень. Мишень в форме массивного цилиндра закрепляется на массивной станине. При ударе снаряда о мишень в точке контакта снаряда и мишени, т.е. в объеме графита, возникают значительные сжимающие напряжения, достаточные для образования алмазных частиц. Снаряд застревает в мишени и возникающие при этом остаточные сжимающие напряжения существенно продлевают по времени процесс образования частиц алмаза. Недостатком способа является необходимость разрезания массивной мишени для извлечения алмазного порошка. Разгоняется один снаряд, а не два, поэтому степень сжатия ограничивается скоростью этого снаряда. Из-за наличия массивной мишени данный способ сжатия тел не подходит для ИТС. Используемый в описанном способе получения синтетических алмазов способ сжатия тел (ударной волной плюс инерционным давлением задней части снаряда после прохождения ударной волны) примем за прототип. Используемый для осуществления данного способа получения синтетических алмазов снаряд примем за прототип снаряда.

В заявке на изобретение RU 2009149420 А опубл. 10.07.2011, бюл. №19 предлагается лазерный реактор, в котором топливная таблетка обращается в плазму с помощью сфокусированного на нее импульсного лазерного излучения. В момент расширения плазмоида до радиуса 2 см включаются импульсы микроволновых лучей, предназначенных для дог-рева расширяющегося плазмоида и для генерации внутри плазмоида тороидально-полоидальных магнитных полей сферомака. В момент расширения плазмоида до радиуса 20 см включаются импульсы лазерных лучей, направленные на кольцевые лазерные мишени, содержащие кольцевые заряды ВВ, снабженные кольцевыми кумулятивными выемками, облицованными с внутренней стороны слоями металлов. Под действием лазерных лучей ВВ взрывается, и в момент максимального сжатия плазмоида до радиуса 2 см включаются импульсы лазерных и микроволновых лучей, предназначенных для поджига термоядерной реакции в сжатом замагниченном плазмойде. Как один из вариантов при помощи двух пневматических пушек в центре камеры реактора организуется лобовое столкновение снарядов в момент максимального сжатия плазмоида. Таким образом, в этот момент радиальное сжатие плазмоида обеспечивается кольцевыми (коническими) кумулятивными металлическими струями, сходящимися вблизи центра реакторной камеры и получаемыми от взрыва ВВ двух кольцевых лазерных мишеней. Осевое сжатие (и создание ударной волны) в этот момент обеспечивается сталкивающимися снарядами. Недостатком данного лазерного термоядерного реактора является то, что подобно магнитному давлению в MK-генераторе магнитное давление и соответствующая степень сжатия плазмы в плазмоиде (в случае успешного создания в нем необходимых токов и магнитных полей) ограничивается энергией ВВ (с учетом кумулятивного эффекта) и кинетической энергией сталкивающихся снарядов, разогнанных в пневматических пушках. Недостатками также являются необходимость использования большого заряда ВВ в каждой мишени и необходимость сложной высокоточной системы управления. Описанный в заявке способ сжатия кольцевыми металлическими струями и сталкивающимися снарядами похож на заявляемый. Конструкцию реактора, содержащего реакторную камеру и две пушки, обеспечивающие лобовое столкновение снарядов в ее центре можно принять за прототип заявляемого реактора.

Технический результат направлен на достижение большей конечной степени сжатия и на увеличение динамических высоких давлений и температур при динамическом сжатии тел малой плотности.

Технический результат достигается тем, что, в отличие от известного технического решения, в снаряде по п. 1 формулы для ударного сжатия тел малой плотности сжимаемое тело имеет коническую форму с закругленной вершиной, смотрящей в сторону хвоста снаряда, или параболическую форму с вершиной, смотрящей в сторону хвоста снаряда, или цилиндрическую форму с плоским или с закругленным или с параболическим задним краем; оболочка снаряда имеет усеченную коническую форму с плоским большим основанием конуса в хвостовой части снаряда, или усеченную коническую форму с закругленной или с параболической задней частью, или усеченную коническую переднюю часть, переходящую сзади в цилиндрическую с плоским или с закругленным или с параболическим задним краем, или цилиндрическую форму с плоским или с закругленным или с параболическим задним краем, и имеет спереди полость в форме, повторяющей форму сжимаемого тела, для установки в нее сжимаемого тела; передний торец сжимаемого тела лежит в одной плоскости с передним торцом оболочки снаряда; оболочка снаряда выполнена из жаропрочного материала с большей, чем у сжимаемого тела, плотностью; у снаряда по п. 2 формулы, в отличие от предыдущего, сжимаемое тело закрывают спереди тонким покрывающим слоем, и сжимаемое тело, таким образом, оказывается полностью закрытым со всех сторон и поэтому может быть не только твердым, но и жидким и газообразным; покрывающий слой наносят на передний торец оболочки снаряда параллельно плоскости торца оболочки снаряда, или в полость оболочки снаряда для установки в нее сжимаемого тела, в последнем случае передняя поверхность покрывающего слоя лежит в одной плоскости с торцом оболочки снаряда; толщина покрывающего слоя мала по сравнению с толщиной оболочки снаряда в хвостовой части снаряда; у снаряда по п. 3 формулы, в отличие от предыдущих, сжимаемое тело помещают в тонкостенную герметичную капсулу, повторяющую форму сжимаемого тела, которая вставляется в полость оболочки снаряда для установки в нее сжимаемого тела так, что передняя поверхность капсулы лежит в одной плоскости с передним торцом оболочки снаряда; таким образом, сжимаемое тело в любом агрегатном состоянии оказывается закрытым спереди тонким слоем материала капсулы, а со всех остальных сторон материалом капсулы и оболочкой снаряда; толщина стенок капсулы мала по сравнению с толщиной оболочки снаряда в хвостовой части снаряда; у снаряда по п. 4 формулы, в отличие от снаряда по п. 1 формулы, соосно оболочке снаряда и сжимаемому телу на оболочке снаряда с помощью спиц устанавливается полый цилиндр, имеющий внутренний радиус больше максимального радиуса оболочки снаряда, передний торец полого цилиндра лежит в одной плоскости с передним краем оболочки снаряда и сжимаемого тела или смещен назад относительно этого края, полый цилиндр выполняют из материала с плотностью большей или равной плотности материала оболочки снаряда; у снаряда по п. 5 формулы в отличие от предыдущего полый цилиндр устанавливают на снаряд по п. 2 формулы; у снаряда по п. 6 формулы в отличие от снаряда по п. 4 формулы, полый цилиндр устанавливают на снаряд по п. 3 формулы; у снаряда по п. 7 формулы в отличие от снаряда по п. 4 формулы хвостовая часть полого цилиндра имеет продолжение в виде тонкостенного полого цилиндра, сплошного или в виде цилиндрического каркаса любой конструкции, в хвостовой части тонкостенного полого цилиндра на спицах для крепления болванки установлена болванка из того же материала, что и оболочка снаряда, или из более плотного; переднюю поверхность болванки выполняют плоской, при этом заднюю границу оболочки снаряда тоже выполняют плоской, или переднюю поверхность болванки выполняют вогнутой, при этом заднюю границу оболочки снаряда выполняют выпуклой; у снаряда по п. 8 формулы в отличие от предыдущего тонкостенный полый цилиндр с болванкой устанавливают на снаряд по п. 5 формулы; у снаряда по п. 9 формулы в отличие от снаряда по п. 7 формулы тонкостенный полый цилиндр с болванкой устанавливают на снаряд по п. 6 формулы.

Технический результат достигается также тем, что, в отличие от известного технического решения, корпус реакторной камеры имеет сферическую или вытянутую цилиндрическую форму, выполнен разъемным и состоит из двух герметично соединенных половин - полусфер или полых полуцилиндров, на внутренней поверхности корпуса установлен пористый слой, состоящий также из двух полусфер или двух полых полуцилиндров, пористый слой представляет собой слой пористого металла или слой пенометалла, или слой плотно уложенных тонкостенных металлических трубок, или слои тонкостенных ячеек или сот; металл пористого слоя имеет высокую теплоту парообразования, а его поры или полости не заполнены или заполнены водой или другим веществом с высокой теплотой парообразования; пористый слой имеет отверстия для пролета снарядов, являющиеся продолжением аналогичных отверстий в корпусе реакторной камеры; корпус реакторной камеры и стволы разгонных устройств выполнены из жаропрочных материалов; разгонные устройства устанавливаются с противоположных сторон сферического корпуса вдоль его оси или с торцов цилиндрического корпуса вдоль его оси; разгонные устройства имеют систему управления, обеспечивающую столкновение снарядов в центре сферической реакторной камеры или в разных точках на оси цилиндрической реакторной камеры последовательно от одного торца цилиндрического корпуса к другому, причем точки столкновений располагаются на одинаковых расстояниях друг от друга.

Технический результат достигается также тем, что, в отличие от известного способа ударного сжатия, в способе ударного сжатия тел малой плотности по п. 11 формулы сжатие сжимаемых тел осуществляют путем столкновения двух одинаковых снарядов по п. 1 или по п. 2 или по п. 3 формулы, разогнанных до больших одинаковых по модулю скоростей навстречу друг другу, снаряды сталкивают в центре сферической реакторной камеры или в периодически расположенных точках на оси цилиндрической реакторной камеры реактора по п. 10 формулы, при этом радиальный разлет снарядов ограничивают формой, прочностью и инертностью оболочек снарядов и самих сжимаемых тел; для получения одновременно с адиабатным сжатием сжимаемых тел локального увеличения параметров сжатия (давления, температуры, степени сжатия) в плоскости удара за счет схождения в ней отраженных от границ раздела сжимаемых тел и оболочек снарядов плоских ударных волн эти границы раздела выполняют плоскими, соответственно и задние границы сжимаемых тел выполняют плоскими; для получения одновременно с адиабатным сжатием сжимаемых тел фокусировки в одной точке, лежащей в плоскости удара, или в двух точках внутри сжимаемых тел отраженных от границ раздела сжимаемых тел и оболочек снарядов ударных волн, распространяющихся сразу после столкновения снарядов от плоскости удара через сжимаемые тела, эти границы раздела выполняют параболическими, соответственно сжимаемые тела выполняют параболической формы или цилиндрической формы с параболической задней частью; для получения одновременно с адиабатным сжатием сжимаемых тел фокусировки в одной точке, лежащей в плоскости удара, или в двух точках внутри сжимаемых тел отраженных от задних границ оболочек снарядов ударных волн, распространяющихся сразу после столкновения снарядов от плоскости удара в оболочках снарядов, задние границы оболочек снарядов выполняют параболическими, а задние границы сжимаемых тел нормальными в каждой точке фокусируемым волновым лучам, при этом учитывают расходимость ударных волн в оболочках снарядов; в способе ударного сжатия тел малой плотности по п. 12 формулы в отличие от способа по п. 11 формулы используют снаряды по п. 4 или по п. 5 или по п. 6 формулы и в зависимости от плотности материала полых цилиндров и массы полых цилиндров, радиальный разлет сжимаемых тел при их осевом инерционном сжатии задними частями оболочек снарядов и задними частями самих сжимаемых тел ограничивают или останавливают, или производят радиальное сжатие сжимаемых тел сходящимся к оси снарядов кольцевым жидким или плазменным потоком, полученным в результате столкновения двух полых цилиндров; в способе ударного сжатия тел малой плотности по п. 13 формулы в отличие от способа по п. 11 формулы используют снаряды по п. 7 или по п. 8 или по п. 9 формулы, и в зависимости от плотности материала полых цилиндров и массы полых цилиндров, радиальный разлет сжимаемых тел при их осевом инерционном сжатии задними частями оболочек снарядов и задними частями самих сжимаемых тел ограничивают или останавливают, или производят радиальное сжатие сжимаемых тел сходящимся к оси снарядов кольцевым жидким или плазменным потоком, полученным в результате столкновения двух полых цилиндров; кроме того, для организации схождения в плоскости удара снарядов плоских ударных волн и соответствующего повышения там давления и температуры, на последних стадиях сжатия сжимаемых тел по задним частям оболочек снарядов производят удар болванок, сорвавшихся с тонкостенных полых цилиндров после столкновения полых цилиндров и продолжающих лететь по инерции навстречу друг другу до удара о задние части оболочек снарядов; длину тонкостенных полых цилиндров, в которых установлены болванки с помощью спиц для крепления болванки, подбирают такой, чтобы повышение давления и температуры при схождении в плоскости удара ударных волн от болванок происходило в момент максимального сжатия сжимаемых тел.

Для удобства понимания сущности изобретения предлагаемые снаряды можно разделить (в соответствии с номерами пунктов формулы изобретения) по наличию или отсутствию полых цилиндров и болванок на три группы (по столбцам):

На рис. 1 показана конструкция снаряда по п. 1 формулы для сжатия твердых тел малой плотности:

1 - сжимаемое тело; 2 - оболочка снаряда.

Сжимаемое тело (СТ) 1 в случае, показанном на рис. 1, имеет коническую форму с закругленной вершиной, смотрящей в сторону хвоста снаряда или параболическую форму с вершиной, смотрящей в сторону хвоста снаряда. СТ установлено в оболочке 2 снаряда в ее передней части.

Оболочка снаряда (ОС) выполнена из жаропрочного материала с большей чем у СТ плотностью. ОС в случае, показанном на рис. 1, имеет усеченную коническую форму с закругленным большим основанием конуса в хвостовой части снаряда, и имеет спереди полость в форме, повторяющей форму сжимаемого тела, для установки в нее СТ. Хвостовая часть ОС выполняется более массивной чем ее передняя и средняя части. Передний торец СТ лежит в одной плоскости с передним торцом ОС.

На рис. 2 показана конструкция снаряда по п. 2 формулы для сжатия любых тел малой плотности (включая жидкие и газообразные):

1 - сжимаемое тело; 2 - оболочка снаряда; 3 - покрывающий слой.

Отличие от предыдущего снаряда в том, что сжимаемое тело закрывается спереди тонким покрывающим слоем 3, и сжимаемое тело 1, таким образом, оказывается полностью закрытым со всех сторон и поэтому может быть не только твердым, но и жидким и газообразным. Покрывающий слой 3 может быть из материала ОС или из любого материла, обеспечивающего герметичность (металл, пластик, стекло и т.п.) и может крепиться к ОС различными методами: сваркой, пайкой, штамповкой, на клею и т.п. Покрывающий слой 3 может наноситься на передний торец оболочки снаряда параллельно плоскости этого торца (рис. 2а), или в полость оболочки снаряда для установки в нее сжимаемого тела (рис. 2б), в последнем случае передняя поверхность покрывающего слоя лежит в одной плоскости с торцом оболочки снаряда. Толщина покрывающего слоя мала по сравнению с толщиной оболочки снаряда в хвостовой части снаряда (отношение толщины покрывающего слоя к толщине задней части ОС вдоль оси ОС может быть в пределах от 1:3 до 1:100 - в зависимости от используемых материалов покрывающего слоя и ОС, агрегатного состояния СТ и других факторов). Здесь можно говорить только об отношении толщин, т.к. размеры снарядов могут быть любыми и определяются мощностью и конструкцией разгонных устройств.

На рис. 3 показана конструкция снаряда по п. 3 формулы для сжатия любых тел малой плотности (включая жидкие и газообразные):

1 - сжимаемое тело; 2 - оболочка снаряда; 4 - капсула сжимаемого тела.

В отличие от предыдущих снарядов сжимаемое тело помещается в тонкостенную герметичную капсулу 4, повторяющую форму сжимаемого тела, которая вставляется в оболочку снаряда в передней ее части так, что передняя поверхность капсулы лежит в одной плоскости с передним торцом оболочки снаряда; таким образом, сжимаемое тело в любом агрегатном состоянии оказывается закрытым спереди тонким слоем материала капсулы, а со всех остальных сторон материалом капсулы и оболочкой снаряда. Толщина стенок капсулы мала по сравнению с толщиной оболочки снаряда в хвостовой части снаряда (отношение толщины стенок капсулы к толщине задней части ОС вдоль оси ОС может быть в пределах от 1:2 до 1:100).

На рис. 4 показана конструкция снаряда по п. 4 формулы для сжатия твердых тел малой плотности:

1 - сжимаемое тело; 2 - оболочка снаряда; 5 - полый цилиндр; 6 - спицы.

В отличие от снаряда по п. 1 формулы соосно оболочке снаряда и сжимаемому телу на оболочке снаряда с помощью спиц 6 устанавливают полый цилиндр 5, имеющий внутренний радиус больше максимального радиуса оболочки снаряда. Передний торец полого цилиндра лежит в одной плоскости с передним краем оболочки снаряда и сжимаемого тела или смещен назад относительно этого края (последний случай и показан на рис. 4). Полый цилиндр выполняют из материала с плотностью большей или равной плотности материала оболочки снаряда. Полый цилиндр разгоняется заодно со снарядом.

На рис. 5 показана конструкция снаряда по п. 5 формулы для сжатия любых тел малой плотности (включая жидких и газообразных). Отличие от предыдущего снаряда заключается в том, что полый цилиндр 5 устанавливают на снаряд по п. 2 формулы. Покрывающий слой 3 может наноситься на передний торец оболочки снаряда, или в полость оболочки снаряда, последний случай и показан на рис. 5.

На рис. 6 показана конструкция снаряда по п. 6 формулы для сжатия любых тел малой плотности (включая жидкие и газообразные). Отличие от предыдущего снаряда заключается в том, что полый цилиндр 5 устанавливается на снаряд по п. 3 формулы.

На рис. 7 показана конструкция снаряда для сжатия тел малой плотности по п. 7 формулы:

1 - сжимаемое тело; 2 - оболочка снаряда; 5 - полый цилиндр; 6 - спицы; 7 - тонкостенный полый цилиндр; 8 - спицы для крепления болванки; 9 - болванка.

В отличие от снаряда по п. 4 формулы хвостовая часть полого цилиндра 5 имеет продолжение в виде тонкостенного полого цилиндра 7. Тонкостенный полый цилиндр может быть сплошной или в виде цилиндрического каркаса любой конструкции. В хвостовой части тонкостенного полого цилиндра 7 (или цилиндрического каркаса) на спицах 8 для крепления болванки установлена болванка 9 из того же материала, что и оболочка снаряда, или из более плотного. Болванка разгоняется заодно со снарядом. Для уменьшения расходимости ударной волны передняя поверхность болванки 9 может быть вогнутой (рис. 7), при этом заднюю границу оболочки снаряда выполняют выпуклой. Передняя поверхность болванки может быть плоской, при этом заднюю границу оболочки снаряда тоже выполняют плоской.

Конструкция снаряда по п. 8 формулы отличается от предыдущей тем, что тонкостенный полый цилиндр с болванкой устанавливают на снаряд по п. 5 формулы.

Конструкция снаряда по п. 9 формулы отличается от предыдущей тем, что тонкостенный полый цилиндр с болванкой устанавливают на снаряд по п. 6 формулы.

На рис. 8 показан снаряд по п. 4 формулы (вместо него может быть снаряд по п. 5 или по п. 6 формулы) с полимерной пробкой 10, предназначенной для того, чтобы снаряд не сгорел в плазме и чтобы не произошло отрыва полого цилиндра от ОС при разгоне снаряда в газоразрядной пушке или в рельсотроне, а также в пороховой и пневматической пушках. Пробка 10 выполняется из полимерного материала. Форма передней части пробки повторяет форму задней части снаряда. При разгоне снарядов в электромагнитной индукционной пушке пробка 10 не нужна.

На рис. 9 показана конструкция реактора по п. 10 формулы (со сферической реакторной камерой) для осуществления способа ударного сжатия тел малой плотности (для проведения высокотемпературных химических реакций и модификации кристаллической структуры веществ), в котором оба снаряда разгоняются в пневматических или газоразрядных пушках или в рельсотронах:

11 - корпус реакторной камеры; 12 - пористый слой; 13 - ствол разгонного устройства (пушки); 14 - снаряд с пробкой 10; 15 - мембрана; 16 - отсек высокого давления.

При использовании в реакторе электромагнитных индукционных пушек отсеки высокого давления 16 и мембраны 15 отсутствуют, пробки 10 у снарядов не нужны. При использовании пороховых пушек отсеки высокого давления 16 и мембраны 15 также отсутствуют, в этом случае в стволы подаются гильзы с пороховыми зарядами и снарядами по пп. 1-6 формулы с полимерными пробками.

Реактор для ударного сжатия тел малой плотности, состоит из реакторной камеры и двух направленных вдоль одной оси навстречу друг другу разгонных устройств для снарядов по любому из п.п. 1-9 формулы, выходные отверстия которых совпадают со входными отверстиями для пролета снарядов в корпусе реакторной камеры. Корпус 11 реакторной камеры имеет сферическую форму, выполнен разъемным и собирается из двух полусфер, в каждой полусфере корпуса имеется отверстие для пролета снарядов, на внутренней поверхности каждой полусферы корпуса установлен пористый слой 12, представляющий собой слой пористого металла, поры которого могут быть заполнены водой или другим веществом с высокой теплотой парообразования, при больших скоростях снарядов сам пористый металл должен иметь высокую теплоту парообразования. В качестве пористого слоя вместо пористого металла могут использоваться заполненные или незаполненные водой или другим веществом пенометалл, слой плотно уложенных тонкостенных металлических трубок, слои тонкостенных ячеек или сот. Пористый слой нужен для сбора осколков снарядов. Пористый слой на каждой полусфере корпуса имеет отверстие для пролета снарядов, являющееся продолжением аналогичного отверстия в полусфере корпуса реакторной камеры. Для уменьшения вероятности попадания осколков снарядов внутрь разгонного устройства диаметр отверстия для пролета снарядов в каждой полусфере корпуса и в соответствующем пористом слое лишь немного больше диаметра снарядов.

В случае ТЯРИУП и в случае ГЯРДС осколки снарядов полностью испаряются продуктами термоядерной реакции и не могут долететь до стенок реакторной камеры, но пористый слой тоже может использоваться - в этом случае пористый слой играет роль смоченной первой стенки. За ним в случае ТЯРИУП располагается бланкет, а в случае ГЯРДС внутренний бланкет (соединения лития) и внешний (глубоко подкритичные урановые сборки). Так как на данный момент не существует разгонных устройств, подходящих для ТЯРИУП или ГЯРДС, ниже будем рассматривать конструкцию реактора для проведения высокотемпературных химических реакций и модификации кристаллической структуры веществ.

Обе полусферы корпуса герметично соединены с возможностью рассоединения. Внутри реакторной камеры создают вакуум. При использовании в реакторе пневматических или газоразрядных пушек или рельсотронов каждое такое разгонное устройство в своей задней части имеет отсек высокого давления 16, который заполняется воздухом или инертным газом и отделен от ствола мембраной 15, которая выдерживает разность давлений в реакторной камере (вакуум) и в отсеке высокого давления 16 с небольшим запасом прочности, при этом снаряд 14 по любому из пп. 1-6 формулы с полимерной пробкой 10 в хвосте помещается в стволе 13 перед мембраной 15, и, таким образом, находится в вакууме реакторной камеры. В газоразрядной пушке отсек высокого давления 16 является разрядной камерой, в которой при выстреле производится мощный электрический разряд, в пневматической пушке - воздушной камерой, в которую при выстреле резко подается сжатый воздух или инертный газ, в рельсотроне - воздушной камерой, в которой зажигается газовый разряд между двумя «рельсами» в начале разгона снаряда. При использовании рельсотронов снаряды по пп. 1-6 формулы должны выполняться из непроводящих материалов. Корпус 11 реакторной камеры и стволы 13 разгонных устройств выполнены из жаропрочных материалов.

На рис. 10 показана конструкция реактора вытянутой цилиндрической формы для осуществления способа ударного сжатия тел малой плотности (для проведения высокотемпературных химических реакций или модификации кристаллической структуры веществ):

17 - корпус реакторной камеры; 18 - пористый слой; 19 - разгонные устройства (пушки).

Корпус 17 реакторной камеры выполняется вытянутой цилиндрической формы и собирается из двух разъемных частей - полых полуцилиндров, которые покрыты изнутри пористым слоем 18 и состыкованы в плоскости, проходящей через ось цилиндрического корпуса. Разгонные устройства (пушки) 19 устанавливаются с торцов цилиндрического корпуса 17 вдоль его оси. В корпусе 17 и в пористом слое 18 имеются отверстия для пролета снарядов. Разгонные устройства 19 имеют систему управления, обеспечивающую столкновение снарядов в разных точках на оси реакторной камеры последовательно от одного торца цилиндрического корпуса 17 к другому, причем точки столкновений располагаются на примерно одинаковых расстояниях друг от друга (на рис. 10 точки столкновений показаны звездочками).

Сущность способа ударного сжатия тел малой плотности по п. 11 формулы заключается в осевом инерционном адиабатном сжатии сжимаемого тела целиком задней частью оболочки снаряда и задней частью самого сжимаемого тела продолжающими лететь по инерции после столкновения снаряда с другим телом и после прохождения по снаряду ударной волны. В заявляемом способе сжатие сжимаемых тел осуществляют путем столкновения двух одинаковых снарядов по п. 1 или по п. 2 или по п. 3 формулы, разогнанных до больших одинаковых по модулю скоростей навстречу друг другу. Предполагаются доступные для современных разгонных устройств (пушек) скорости снарядов от сотен метров в секунду до нескольких километров в секунду. Снаряды сталкивают примерно в центре сферической реакторной камеры реактора или в периодически расположенных точках на оси цилиндрической реакторной камеры реактора. При этом радиальный разлет снарядов ограничивают формой, прочностью и инертностью оболочек снарядов и самих сжимаемых тел. После столкновения снарядов ударные волны распространяются от плоскости удара снарядов к задним частям снарядов. Эти ударные волны распространяются одновременно и в сжимаемых телах и в оболочках снарядов. Далее эти ударные волны будут отражаться от границ раздела сжимаемых тел и оболочек снарядов, а при не очень больших скоростях снарядов - и от задних границ оболочек снарядов. Отраженные ударные волны будут сходиться к плоскости удара. Подбором формы границ раздела сжимаемых тел и оболочек снарядов и формы задних границ оболочек снарядов отраженные ударные волны можно сфокусировать в одну общую точку, лежащую в плоскости удара, или в две разные точки, расположенные внутри сжимаемых тел. Схождение и фокусирование отраженных ударных волн можно использовать для локального увеличения давления и температуры внутри сжимаемых тел на некоторой стадии их адиабатного сжатия целиком задними частями оболочек снарядов и задними частям