Прямоточные воздушно-реактивные двигатели Бондарюк М.М. Ильяшенко С.М. (1014191), страница 57
Текст из файла (страница 57)
А., Ап Апа1ув|в о! Оис1ей — А|г1оИ Кат|еЫ 1ог 3ирегьоп!с А!гсгаИ, !»АСА КМ !.. 7124, Ли1у 1946. 12. М. Н., 5ирегвоп|с Капце1 Рег1оппапсе Са1си|аИопв. МагциаггИ А|гсгаИ Со. Кер, А-23, Уап — Ниуя, СаШ., !948, 13. Наг пей М. 5., А. Гипйатеп1а1 СопвЫегацоп о1 1ЬеЯирегвоп!с Капцег Аего О|д, ч. 58, Ы 4, Арг. 1949. 14. С оп по г в Л. Р., ЕИес1 о1 Кат|е! Ргезвиге РиЫаИопв оп Бирегвоп!с ОИ1иьег Рег1оггпапсе, НАСА КМ ХЕ-50, Н-22, Ъоч. 1950. 15.
Ко! й Л., ТЬе бав Оупапис ТЬеогу о! Ше Капце1. ВгШзЬ. Аегор. Кеь. Соипс, К. апй М., Н 2370, !950, !6. Не игу Л. В. апй В е пи е| Л. В., Ме№ог| 1ог Са!си!а11оп о1 Капце| Рег1оппапсе, НАСА ТН Н 2357, Лип! 195!. 17. О яига 1| в сЬ К., СавйупатИс Чег!аи Ярг!пдег, !У!еп. 1952. 18. Н а г п е й М., Капце1 АррИсацоп 1о А|гсгаК РгориВ|оп, Ач|а1 Аае.
чо!. 2, 14оч., 1953. !9. К | ! г а г п У|Г. А., МасЬ 2 — 4: Капце1 5!атр!пд Огоипг!. Ап|. Ач!а|, чо!. 16, РеЬг. 2, !953. ВЛ. 1. и Ь а в с Ь е иг! с ь 1., Зирегзопгс Капце1 Рег1оппапсе. А|гсг. Епд., чо!. 25, ОЫ. 1953. 2|, М а г ц и а г 61 К. Е., Топгогочгз А|гсгай Тойау.
Ач. Аде, чоЬ 20, ЛиИ 1953. 22. М а гвЬ В. !У. апй 5 еа г з С. А., 1п1гойиспоп 1о 1Ье Апа!утз о1 5ирегвоп|с Капце1 Рочгегр!ап!з, Ле1 Ргори!ь!оп, »о!. 24, Ы 3, |954. 23. Ке|п|дег 5. Н., Капце1 ог КосЬе! 1ог М|взИез? А». й!ееЬ., чо!. 58, Лап. 12, |953. 24. О а г й п е г Сг. %. Н., би!йей М!вьИев. Еп5!пеег!пд, Меч. 26, 1954. 25. Тг от в 6 о г ! %., 5!аиь|гаЫ!г!еЬч»егЬе Ье! ЬоЬеп МасЬ вЂ” Ха№еп. Е. Р!и8- ч!ььепясЬа!|еп, чо|.
2, !ч 9, Бер1. !954. 26. Ачегу %. Н., Тч»еп1у !!»е Леагз о1.Капце1 Оече|ортеп1. Ле|. Ргори|вюп, чо!. 25, Х 11, !чоч. !955. 27. А п й е г!о п О. А., Ьейис-02! Рит Капце1 Броц|д№. Ач. У|ГееЬ, чо1. 63, ЛиИ 1|, !955. 28. М а | г е У. А, апй о|Ьегв, О|ИпШоп о! Ше ТЬгиь1 о| а Ле! Еп9!пе апй о1 |Ье !п1егпа| Огад о| а Оис!ей Ьойу. ВгИ. А.В.С. СР, 190, |955. 29, 5 а п 6 ег Е., О|е Феде бев 5|гаШПидв.МШеИипи, Х 3, !955 30. Я и11о п б. Р., Н!я!огу, РгоЫетз апй 5!а!из о1 би!йей М|вз|1ев.
Ле1 Ргори!в!оп, ч, 25, 1955, !4 1!. 350 ГЛА ВА Х1 АТОМНЫЕ ПРЯМОТОЧНЪ|Е ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ Атомными воздушно-реактивными двигателями называются такие ВРД, в которых для нагревания протекающего воздуха используется управляемая реакция деления атомных ядер, протекающая в ядерном реакторе. Ядерный реактор заменяет камеры сгорания обычного ВРД, работающего на молекулярном горючем (фиг. 193).
Как уже упоминалось в гл. 1, при~нципиально ~возможны две схемы теплового обмена между ядерным реактором и захватываемым воздухом: непосредственный подогрев, при котором воздух протекает через самый реактор (см. фиг. 7,а), и подогрев с помощью промежуточного теплоносителя (ом. фиг.
7,б), при котором через реактор протекает жидкий т е п л о и ос и т е л ь, передающий воздуху полученную теплоту в особом теплообменнике. В качестве теплоносителей для реактивных двигателей может служить гелий под очень высоким давлением или расплавленные металлы: натрий, калий и др, Точный расчет и проектирование реакторов представляет собой особый раздел ядерной энергетики, требующий для своего выполнения специальной подготовки. С точки зрения авиационного инженера фи". тза с"ама атомаото ядерный реактор является тепловыделяо- самолета. шнм и теплообменным устройстчом, которое, чтобы быть пригодным ~в качестве источника энергии для летательного аппарата, должно иметь веса и габариты, не ~выходящие зв некоторые допустимые Пределы. С этой точки зрения мь1 и рассмотрим настоящую проблему, ограничившись лишь краткими сведениями о самих реакторах.
351 й !. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРАХ Для получения атомной энергии используется реакция деления ядер Птзз, Безз или Рахн>, происходящая под действием нейтронов. При делении ядро активного вещества, захватившее нейтрон, распадается иа д~ва меньших ядра примерно одинаковой массы и на несколько нейтронов, например, 1)таз+и-~Ат+Ае+ чп. (11. 1) Здесь символами А, и А, обозначены атомные веса осколков деления, которые меняются в пределах от 72 до 162. ч обозначает среднее число нейтронов, образующихся при делении.
Для урана-235: ч =2,5. Суммарная масса продуктов деления меньше массы делящегося ядра с захваченным нейтроном: А,+Ах+ чп. \Рад+и. (11. 2) Убыль,. или «дефект», массы, очевидно, равен и т = \Раз+ п — А,— А,— чп. Опыт показывает, что при делении 1)тзз в среднем дефект массы Ьт=0,21 аем. 1 аем — атомная единица массы. «Потерянная» масса преобразуется в энергию, освобождающуюся ри делении. Энергию деления находим по дефекту массы, воспользовавшись соотношением Эйнштейна, учитывая, что атомная единица массы равна 1,66 10 " г=1,66 ° 10 "° с'=1,49 ° 10 з эрг. Е=стат=(3 10ю)'0,21.1,66.10 "=3,13 10 4 эрг. В ядерной энергетике энергию частиц обычно выражают в электрон вольтах и мегаэлектрон-вольтах (эв и Мэв).
Заряд электрона равен 1,6 . 10 'в кулон. Следовательно, 1 эв=1,6 10 " кул . 1 в=1,6 1О " дж=!,6 1О " эрг. 1 Мэв=.10' эв=1,6 10 ' эрг=1,6.10 " дж=1,6 10 " квт.сек= =0,24.1,6 10 "=0,384 10 "кнал. 1 аем=1,49 10 ' эрг=931 Мэв. Энергия деления 1 Е=0,21 аем=0,3 10 ' эрг=200 Мэв= — нвт. сек. 3 10~в 1квт= †.10" э = — ' 10"=3 10" делений в секунду. 1,6 сек 200 Энергия деления распределяется между продуктами деления примерно так: Энергия осколков деления .
.. . .. . .. . .. , около 166 Мэа Энергия нейтронов деления . . . . ... . .. . . > 6 > Энергия т -излучения , . . . . . . . . . . . . . . » !О > Энергия электронов и сояровождаюгдих их нейтрино . > 16 > 362 Число атомов, содержащихся в 1 кг урана-235, равно 57= 1ООО =256 10'4атомов. Следовательно,при полномделе- 235 1,66.10 м нии 1 кг урана-235 выделится энергия: Но =2,56 10" 200 Мэв= 19,6 10» =512 10".0,384 10 м=1,96 10" ккал, т.
е. в ' =1,87 10' 10 500 раз больше, чем при сжигании бензина; иными словами, при полном делении 1 г урана-235 выделяется почти столько же энергии, как при сжигании 2 т нефтепродуктов. Нейтроны, выделяющиеся при делении, вызывают деление новых ядер активного вещества, поддерживая незатухающую или даже нарастающую цепную ядерную реакцию. Нейтроны деления движутся с очень большими скоростями. Приняв, что средняя энергия каждого нейтрона деления равна Е„=2 Мэв=2 1,6 10-' эрг, а масса нейтрона т„=1,66 10 "г, найдем ' и=1~ — "=$т ' =2 10 см(век= Г2Е„тс 2.2 1,6 1Π— в т«5' 166Ю м =20000 км/сек.
(11. 4) Вероятность захвата быстрых нейтронов ядрами урана-235 невелика. Поэтому большая часть нейтронов деления пронизывает насквозь малый слиток урана-235 и вылетает наружу, не вызвав нового деления. Для того чтобы нейтроны были наверняка поглощены делящимся веществом, его масса должна быть не меньше так называемой «критической» величины, имеющей порядок 1 кг; в количестве, меньшем критического, уран-235 безопасен.
При быстром сближении двух слитков урана-235, масса каждого из которых несколько больше половины критической, происходит атомный взрыв. Неуправляемая взрывная реакция деления использована в атомной бомбе. Ядерный реактор представляет собой систему, в которой протекает управляемая ядерная реакция на замедленных нейтронах, Замедление нейтронов производится по следующим причинам: вероятность захвата активным веществом медленных нейтронов больше, чем быстрых; реакция на замедленных нейтронах развивается не так стремительно, как на быстрых, и ею легче управлять: реактор на замедленных нейтронах проще в управлении и не так взрывоопасен. Нейтроны, освобождающиеся при делении или при других ядерных реакциях, движутся и сталкиваются с атомными ядрами. Известно три вида взаимодействия ядер с нейтронами: рассеяние, захват и захват, приводящий к делению.
При столкновениях, приводящих к рассеянию, изменяются величины н направленная скоростей нейтрона и ядра, происходящие в соответствии с законами соударення упругих шаров. Так, при пря-. мом столкновении нейтрона с ядром атома водорода — протоном Н'ь масса которого примерно равна массе нейтрона, нейтрон полностью теряет скорость, а неподвижный ранее протон начинает двигаться со скоростью, равной начальной скорости нейтрона, так что количество 23 316 353 движения остается постоянным.
При столкновении с ядром, масса которого во много раз больше массы нейтрона, скорость нейтрона меняется только по направлению, а величина скорости остается практически постоянной: замедления нейтрона почти не происходит. На основании законов сохранения энергии и количества движения можно доказать, что относительная потеря энергии нейтроном при столкновении с ядром-массой М равна ЬЕ 4Мт Е (М+мР (11. 5) где т — масса нейтрона, равная атомной единице массы. М Чем меньше атомный вес вещества А= —, тем лучше оно ги замедляет нейтроны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
