Конференция по механике сплошной среды, посвященная 100-летию академика Л.И. Седова 12-13 ноября 2007 г. СЕДОВ-100 КАВИТАЦИОННЫЙ КЛАСТЕР ПАРОВЫХ МИКРОПУЗЫРЬКОВ. - презентация

1 Конференция по механике сплошной среды, посвященная 100-летию академика Л.И. Седова ноября 2007 г. СЕДОВ-100 КАВИТАЦИОННЫЙ КЛАСТЕР ПАРОВЫХ МИКРОПУЗЫРЬКОВ как НАНО-ТЕРМОЯДЕРНАЯ БОМБА Р.И. Нигматулин Российская академия наук Институт океанологии им. П.П. Ширшова

2 Multibubble & Single Bublle SONOLUMINESCENCE MBSL SBSL

3 Дейтерий + + Нейтрон 2.45 MeV 50% Гелий 0.82 MeV + + Тритий 1.01 MeV MeV Протон + ++ СИНТЕЗ ЯДЕР ДЕТЕРИЯ Дейтерий

4 THE START 1. R. Nigmatulin, R. Lahey (Jr) «Perspective of Bubble Fusion» Nuclear Reactor Thermohydrolics (NURETH-7), Invited Plenary Lecture, Saratoga-Springs, New-York, USA, 1995) 2. R. Nigmatulin, «Gas Dynamics of Sonoluminescence» NATO ASI on Sonochemistry and Sonofusion (Invited Lecture, Seattle, Washington, USA, 1997);

5 THE TEAM Oak Ridge National Laboratory, TN, USA Purdue University, W. Lafayette, IN, USA R.P. Taleyarkhan, C.D. West, J.S. Cho, Y. Xu Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, NY, USA R. T. Lahey (Jr), R.C. Block Российская академия наук, Россия Р.И. Нигматулин, И.Ш. Ахатов, Р.Х. Болотнова, Н.К. Вахитова, A.С. Топольников

6 КУМУЛЯТИВНОЕ СХОЖДЕНИЕ СФЕРИЧЕСКОЙ УДАРНОЙ ВОЛНЫ («микроводородная бомба») Инициирование сферической ударной волны на сходящейся межфазной границе Фокусировка сферической волны в центре пузырька Сферическая волна после отражения от центра пузырька Автомодельная кумуляция сферической и цилиндрической ударной волны из бесконечности Guderley, 1942; Ландау и Станюкович, 1955; Нигматулин, 1967 (детонационноая волна) Хабиров С.В. 2007

7 ГАЗ В ПУЗЫРЬКЕ: КОНДЕНСИРУЮЩИЙСЯ ПАР (ПАРОВАЯ КАВИТАЦИЯ) - Минимизировать торможение жидкости - Достичь большей кинетической энергии жидкости ХОЛОДНАЯ ЖИДКОСТЬ – Более интенсивная конденсация ЖИДКОСТЬ С ТЯЖЕЛЫМИ МОЛЕКУЛАМИ (ОРГАНИКА) - Низкая скорость звука в паре (, где - молекулярный вес) - Большие значения коэффициента конденсации (аккомодации) ( 1, вместо для воды ) - Высокая кавитационная прочность жидкости УСИЛИТЬ АКУСТИЧЕСКУЮ ВОЛНУ ( p I bar) КЛАСТЕР ПУЗЫРЬКОВ КАК УСИЛИТЬ СВЕРХСЖАТИЕ ?

8 Кинетическая энергия сходящейся жидкости вокруг пузырька Кинетическая энергия K в 10 5 раз больше, чем в однопузырьковой сонолюминесценции ШАНС: T max 10 8 K НО: Обеспечить сферичность схлопывающегося пузырька!!! Наш эксперимент Однопузырьковая сонолюминесценция p 15 bar p 1.5 bar R max 500 m R max 50 m Более слабое торможение сходящейся жидкости из-за конденсации пара Масса газа в пузырьке = = const

9 Фотографии осциллирующих пузырьков Сферичность – - Сонолюминесценция Несферичность - - Нет сонолюминесценции

10

11

12 PEER REVIEWED PAPERS Taleyarkhan, R., West, C., Cho, J.S., Lahey (Jr.) R., Nigmatulin, R., Block, R., Evidence for Nuclear Emissions during Acoustic Cavitation, Science, Vol. 295, pp , 8 March Taleyarkhan, R., West, C., Cho, J.S., Lahey (Jr.) R.T., Nigmatulin, R., Block, R., Additional Evidence of Nuclear Emissions during Acoustic Cavitation, Physical Review E, Vol. 69, p , March, Nigmatulin, R., Akhatov, I., Topolnikov, A., Bolotnova, R., Vakhitova, N, Lahey, (Jr.) R., Taleyarkhan R. The Theory of Supercompression of Vapor Bubbles and Nano-Scale Thermonuclear Fusion, Physics of Fluids, Vol. 17, , 1-31, Nigmatulin, R. I., Nano-Scale Thermonuclear Fusion in Imploding Vapor Bubbles, Nuclear Engineering and Design, 235, 2005, Taleyarkhan, R., Block, R., Lahey (Jr.) R., R. I. Nigmatulin, and Y. Xu, Nuclear Emissions During Self-Nucleated Cavitation, Physics Review Letters, 96, , Taleyarkhan, R., West, C., Lahey (Jr.) R.T., Nigmatulin, R.I., Block, R., Y. Xu, Reply on Naranjo Comment, Physical Review Letters, Vol. 97, LQK1005, R. Taleyarkhan, R., West, C., Lahey (Jr.) R.T., Nigmatulin, R.I., Block, R., Y. Xu, Reply on Lipson Comment, Physical Review Letters, Vol. 97, LQK1028, and 10 other papers

13 Y. Xu & A. Butt, Confirmatory experiments for nuclear emissions during acoustic cavitation, Nuclear Engineering and Design, 2005 CLUSTER of Microbubbles: Formation and Evolution Spherical Cluster d 1 cm Comet like streamers Duration 50 ms Acetone, T 0 = 4 C, p 0 = 16.7 kPa p = 17 bars, No strong Shocks on the Glass Wall Loosing of Spherical Shape and Last Neutron emissions

14 Первое приближение для описания пузырьков в кластере R r r r - Лагранжева координата для двухфазного континуума в кластере r – Эйлерова радиальная микро-координата для пробного пузырька x (r, t) – Эйлерова радиальная координата для двухфазного континуума 0 = ( 1 - G ), 1 = 4.5 G Р.И. Нигматулин Динамика многфазных сред, Москва, Наука, 1987 R. Nigmatulin, et al. The Theory of Supercompression of Vapor Bubbles and Nano-Scale Thermonuclear Fusion, Physics of Fluids, Vol. 17, , 1-31, 2005.

15

16 Газ Жидкость a(t)a(t) Mасса Импульс Энергия Второе приближение для пробного пузырька

17

18 ДИССОЦИАЦИЯ 1. C 3 D 6 O = 3D 2 + O 2 + 3C + Q mol Q mol = J/kg, Molecular Weight = D 2 = D + D + Q D, Q D = J/kg 3. O 2 = O + O + Q O, Q O = J/kg C 3 D 6 O = 6D + O + 3C + Q dis Q dis = Q mol + Q D + Q O = J/kg G = ( vapor ) = ( mono-atomic gas )

19 ИОНИЗАЦИЯ ДИССОЦИИРОВАННОГО ГАЗА T k = 11 – 800 eV k = d, 0; C1, C2, C3, C4, C5, C6; D1; O1, O2, O3, O4, O5, O6, O7, O8. Q ion = J/kg Z = 15 number of electron levels

20 КИНЕТИКА ТЕРМОЯДЕРНОГО СИНТЕЗА ,K T - - DD DT averaged product of the cross section times the deuterons thermal velocity (reactivity)

21 a, m 500 t, s T g =T g (t, r) p g =p g (t) Теплопроводный, гомобарический газ (M < ) T g =T g (t, r) p g =p g (t, r) M ~ 1 30 Однопузырьковая сонолюминесценция Пузырьковый термояд РАЗЛИЧНЫЕ СТАДИИ РАСШИРЕНИЯ И СЖАТИЯ ПУЗЫРЬКА Режим с малым числом Маха (M > 1) Газодинамический код

22

23

24

25 r * w, km/s T G, K p G, bar G, kg/m t 21 = t ps, t 22 = t ps, t 23 = t ps, t 24 = t ps, t 25 = t. r, nm Пространственные распределения для субпикосекундной термоядерной стадии D 1000 km/s

26 Sh (4) max ad t - t *, ps, kg/m 3 p, bar T, K Sh 0 min t - t *, 10 6 ps t - t *, 10 6 ps t - t *, 10 6 ps p min p max T max t - t *, ps Обострение Эволюция плотности, давления и температуры там, где происходит максимальное производство нейтронов( r = r* ).

27 . r * N r, nm r, nm r * = 27 nm – радиус, где максимальное производство нейтронов r F 60 nm – радиус термоядерного ядра THERMO-NUCLEAR CORE СВЕРТКА: ( × 0)

28

29 ПАРАДОКСЫ Эффект ХОЛОДНОЙ жидкости КОЛЛЕКТИВНЫЙ эффект КЛАСТЕРА пузырьков НЕДИССОЦИАЦИЯ жидкости ХОЛОДНЫЕ электроны ЗАОСТРЕНИЕ: Размер разностной сетки для термоядерного ядра r 0.1 нм

30 RESULTS OF ANALYSIS Density: g/cm 3 Temperature: 10 8 K = 10 KeV Pressure: bar = 10 2 Gbar Velocity: 1000 km/s Duration: – s = 10 1 – 1 ps Radius of the Thermonuclear Core: 100 nm Number of Ions in the Thermonuclear Core: Production of the Fast Neutrons and Tritium nucleus s -1 Density: 10 g/cm 3 Temperature: 10 6 K Pressure: bar Velocity: 10 km/s Bubble Fusion (Ufa Branch of RAS +ORNL+RPI) Sonoluminescence (Livermore) Duration: 10 ps Radius of the Т = 10 6 К core: 1- 3 nm Number of Ions in the Core: t 50 s 1 year t (M 1) 300 ns 2 days t(Dis, Ion) 2 ns 20 min t Fusion 0.2 ps 0.1 s

31 ПУЗЫРЬКОВЫЙ НАНО-ТЕРМОЯД Из искры пузырькового нано-термояда возгорится ТЕРМОЯДЕРНОЕ ПУЛЬСИРУЮЩЕЕ ПЛАМЯ». Получено не «термоядерное горение, а только термоядерные «искры»