Патент на изобретение №2276286

(54) РАКЕТА С ЯДЕРНЫМ КВАНТОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

(57) Реферат:

Изобретение относится к ракетостроению, в частности к ракетным двигателям. Сущность изобретения заключается в том, что излучатель электронов и гамма-квантов высоких энергий направленного действия выполнен параболической формы, а генератор нейтронов – комбинированным и состоящим из блоков ускорения протонов, преобразования протонов в нейтроны, выделения протонов, выделения альфа-частиц, ускорения альфа-частиц, преобразования альфа-частиц в нейтроны, обратной связи и пуска. Квантовый двигатель выполнен с возможностью образования ядерной энергии путем радиационного захвата реагентом медленных нейтронов, производимых упомянутым генератором нейтронов, и преобразования части избыточных нейтронов в протоны с последующим соединением захваченных нейтронов с образованными протонами в составные ядра и слияния их с ядром реагента и получения посредством этого тягового усилия за счет излучения квантов гамма- и бета-минус высоких энергий направленного действия. В качестве реагента использованы атомные ядра лития-7, бора-11, натрия-23 и свинца-206. Реализация изобретения позволяет повысить эффективность ракетного двигателя, надежность и безопасность пуска ракет. 5 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области ракетостроения. Ракета с ядерным квантовым двигателем по сравнению с другими типами современных ракет имеет ряд существенных достоинств и выгодно отличается от них конструктивными, производственно-технологическими, эксплуатационными и экономическими возможностями. Ядерное горючее имеет в миллион раз более высокую энергоемкость, чем любое химическое топливо. Это позволяет значительно сократить стартовый вес ракеты и расход энергии на преодоление земного притяжения. Там, где современной ракете требуется израсходовать 200 тонн химического горючего, ракете с ядерным двигателем достаточно будет 200 грамм ядерного горючего, нет необходимости иметь на борту сотни тонн окислителя, который, как правило, весьма агрессивный, вредный и опасный. Предлагаемые в заявке компоненты исходного реагента для осуществления ядерных реакций дешевы, безвредны и не радиоактивны.

Квантовый способ создания тягового усилия позволяет значительно упростить и удешевить двигательную установку, поскольку фактически ее роль будет выполнять сам ядерный реактор. Для квантового ядерного двигателя не требуется иметь на борту ракеты промежуточное рабочее тело, которое необходимо для ядерного ракетного двигателя, использующего реакции деления тяжелых атомных ядер.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Ракета с ядерным квантовым двигателем, содержащим ядерный реактор низкотемпературного ядерного синтеза, излучатель электронов и гамма-квантов параболической формы, причем тяговое усилие двигателя образуется за счет квантов гамма- и бета-излучений, при этом двигатель содержит генератор нейтронов комбинированного типа, замедлитель нейтронов, отражатель нейтронов, систему пуска и останова двигателя, систему охлаждения, систему защиты, систему автоматического управления, вспомогательные системы и компенсатор электрического заряда путем излучения заряженных ядер гелия [1].

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ракета с ядерным квантовым двигателем, предназначенная для использования в комплексах противоракетной обороны (ПРО), состоящая из головной части, в которой размещается боевой заряд, грузового отсека, отсека блока управления, отсека транспортной части, ядерная энергия, обеспечивающая движение ракеты, образуется путем радиационного захвата реагентом, в качестве которого могут использоваться атомные ядра лития-7, бора-11, натрия-23, свинца-206, медленных нейтронов, производимых генератором нейтронов и преобразования части избыточных нейтронов в протоны, затем происходит соединение захваченных нейтронов с образованными протонами в составные ядра и слияние их с ядром реагента (происходит низкотемпературный ядерный синтез с выделением ядерной энергии, соответствующей увеличению энергии связи атомного ядра реагента). Тяговое усилие образуется за счет квантов гамма- и бета-излучений высоких энергий направленного действия в открытое пространство, осуществляемых квантовым двигателем, содержащим ядерный реактор, излучатель электронов и гамма-квантов высоких энергий направленного действия, выполненный параболической формы, генератор нейтронов комбинированный, состоящий из блоков: ускорения протонов, преобразования протонов в нейтроны, выделения протонов, выделения альфа-частиц, ускорения альфа-частиц, преобразования альфа-частиц в нейтроны, обратной связи, пуска; замедлитель нейтронов; отражатель нейтронов; систему пуска и останова двигателя; систему охлаждения; систему защиты; систему автоматического управления; вспомогательные системы. Компенсация электрического заряда производится излучением заряженных альфа-частиц.

Квантовые ядерные двигатели, изобретенные мной, использующие низкотемпературный ядерный синтез, имеют следующие достоинства, позволяющие осуществить предлагаемую функцию с высоким результатом. Двигатель прост по конструкции, малогабаритный, обладает малой массой, расходует сотни грамм горючего там, где современные ракеты на химическом топливе расходуют сотни тонн химического топлива. Двигатель не требует для создания тяги промежуточного рабочего тела. Горючие материалы и продукты ядерных реакций нерадиоактивны и безопасны. В случае падения на Землю или взрыва в воздухе ракета не причинит радиоактивного заражения местности. Ракеты могут длительное время находиться в мобильном, готовом к применению состоянии. На запуск ракеты потребуется времени меньше одной минуты. Двигатели могут быть отключены в любой момент времени и повторно включены неоднократно. Благодаря отсутствию на борту больших масс горючего и окислителя, свойственных химическим видам топлива, а также промежуточного рабочего тела, свойственного реактивным ядерным двигателям, использующим деление тяжелых атомных ядер, квантовая ракета способна быстро развить требуемую скорость и перехватить любую воздушную или космическую цель.

Техническое несовершенство современных ракет

1) низкая калорийность топлива,

2) необходимость тащить за собой тяжелый балласт окислителя и огромный запас горючего,

3) низкая надежность,

4) высокая взрывоопасность,

и ряд других существенных недостатков можно исключить, используя ядерные квантовые двигатели на низкотемпературном ядерном синтезе. Так, например, используя для сравнения характеристик в качестве аналога ракету типа Союз TM-2S, которая 13.08.98 г. успешно стартовала и доставила космонавтов на борт космической станции, имела стартовую массу 310 тонн и массу головной части 7 тонн. Откуда имеем 310/7=44,28, т.е. масса ракеты в 44,28 раз превышает массу полезного груза. Примем массу компонентов топлива примерно 300 тонн.

Если химическое топливо заменить ядерным горючим, калорийность которого превышает калорийность ракетного топлива в миллион раз, то его масса будет порядка 300000/1000000=0,3 кг. Если исключить промежуточное рабочее тело, то стартовая масса ракеты будет порядка массы полезного груза и затраты энергии для подъема и разгона ракеты на одну и ту же орбиту будут 310/14=22,14, т.е. в 22 раза меньше. К этому следует добавить, что стоимость ядерной энергии будет в сотни раз меньше стоимости энергии химического топлива. При этом существенно возрастет надежность и безопасность пуска ракет. Любые режимы полета на любые орбиты обеспечиваются одной ступенью ракеты.

Ракета имеет следующее конструктивное исполнение (см. фиг.1)

Головная часть служит контейнером для размещения боевых зарядов.

Грузовой отсек для размещения боевых зарядов служит дополнительным контейнером, а также для стабилизации полета, чтобы сместить центр тяжести в нижнюю часть ракеты. Для повышения стабилизации груз делится на 2 части, одна из которых размещается в головной части, а вторая в грузовом отсеке.

Отсек блока управления служит для размещения:

а) компьютеров управления полетом и выработки командных сигналов в механизмы узлов ракеты,

б) системы стабилизации по углам вращения, тангажа, рыскания,

в) системы ориентации,

г) системы наведения,

д) системы контроля,

е) системы выработки командных сигналов,

ж) системы электропитания,

з) других вспомогательных и обслуживающих систем.

Отсек транспортной части

В транспортном отсеке ракеты расположены квантовые реакторы-излучатели энергии, рулевые и корректирующие установки, системы пуска и останова двигателей, системы охлаждения и запас ядерного горючего.

Квантовый реактор-излучатель предназначен для использования в качестве основного транспортного двигателя на использовании низкотемпературного ядерного синтеза.

Двигатель состоит из:

1) ядерного реактора,

2) излучателя гамма-квантов и электронов высокой энергии, представляющего собой реагент, в качестве которого используется ядерное горючее, в котором под действием облучения потоком медленных нейтронов происходит радиационный захват нейтронов и формируется мощный поток направленных гамма- и бета-минус излучений высокой энергии.

Квант гамма-излучений передает двигателю импульс

Поток направленной излучаемой энергии создает тяговое усилие

где n_сек количество фотонов, излучаемых за 1 сек реактором. Излучение ^–-частицы (электрона) атомным ядром реагента передает двигателю импульс, который определяется следующим образом. Для релятивистских частиц между полной энергией тела Е, энергией покоя Е_о и импульсом существует релятивистская связь энергии и импульса:

откуда

Для ультрарелятивистских частиц, таких у которых Е,

где – кинетическая энергия движущейся частицы, т.е.

Е_o<, справедливо соотношение

Использование ядерной энергии позволяет увеличить калорийность горючего по сравнению с химическими топливами в миллион раз. Исключение промежуточного рабочего тела позволяет значительно сократить объем и массу транспортируемого груза и повысить к.п.д. с 20÷30% до 60÷67%, позволяет избавиться от сложной конструкции специального двигателя, дорогостоящего и взрывоопасного. Роль двигателя может успешно выполнять сам ядерный реактор, в котором конструкции реактора и двигателя могут быть совмещены.

3) генератора нейтронов, вырабатывающего мощный поток нейтронов для облучения реагента,

4) замедлителя нейтронов, замедляющего быстрые нейтроны до уровня тепловых нейтронов,

5) отражателя нейтронов,

6) отражателя электронов,

7) системы пуска и останова,

8) системы защиты,

9) системы автоматического управления,

10) вспомогательных систем.

Принцип действия двигателя основан на использовании для создания тягового усилия энергии, выделяемой при осуществлении реакций ядерного синтеза в виде бета-минус и гамма-излучений квантами высокой энергии. Внутри ядра реагента можно синтезировать альфа-частицу, вводя в ядро четверку независимых нуклонов (2 нейтрона + 2 протона), что в свободном пространстве выполнить невозможно. При этом ядро излучит энергию, равную энергии связи нуклонов в свободной альфа-частице порядка 28,48 МэВ + энергию связи сформированной альфа-частицы с исходным ядром. Однако такой путь формирования альфа-частицы внутри ядра не очень удобен и нерационален из-за необходимости протонам преодолевать электростатическое поле облучаемого ядра, для чего требуется либо высокий нагрев реагирующих материалов, либо ускорение протонов до высоких энергий. Чтобы устранить эту нежелательную необходимость, используем обходной путь. Чтобы, не сталкивая лбами одноименно заряженные частицы и ядра, ввести в атомное ядро протоны, можно воспользоваться свойством нейтронов превращаться в протоны при некотором избытке нейтронов в ядре. Если облучать атомное ядро одними медленными нейтронами, часть захваченных избыточных нейтронов превращается внутри ядра в протоны и формируются четверки сильносвязанных нуклонов внутри ядра реагента, формируются альфа-частицы внутри ядра, которые в дальнейшем сливаются с исходным ядром или отделяются от него. При этом выделяется большое количество ядерной энергии, соответствующее изменению энергии связи в ядре. Эту энергию можно выделить и использовать для нужд промышленной ядерной энергетики.

Таким образом, реакциями низкотемпературного (внутриядерного) синтеза будем считать экзотермические реакции радиационного захвата четырех медленных нейтронов в сочетании с естественными двумя реакциями преобразования нейтрона в протон (бета-минус распад).

В результате количество нуклонов в ядре увеличивается на 4 единицы и электрический заряд ядра увеличивается на 2 единицы, хотя в ядро не вводились внешние положительно заряженные частицы. Увеличение количества нуклонов в ядре и электрического заряда ядра после выполнения ядерной реакции подтверждает факт осуществления ядерного синтеза. Этот процесс интенсивно идет при низкой температуре и не требует высокого нагрева реагирующих материалов, что создает благоприятные условия для конструктивной реализации ядерного реактора. В качестве ядерного горючего пригодны многие дешевые и экологически безопасные материалы.

Для реализации ядерного квантового двигателя на использовании низкотемпературного ядерного синтеза целесообразно вводить в ядро реагента не 4 нейтрона, а воспользоваться атомными ядрами, в составе которых заранее уже содержится 3 нуклона, не объединенных в четверку, способных объединиться в альфа-частицу, и не достает для этого одного нуклона. В этом случае захват одного медленного нейтрона приводит к завершению образования альфа-частицы и выделению ядерной энергии в больших количествах. Например, наиболее подходящими реагентами являются препараты лития-7, бора-11, свинца-206.

1) Литий представляет собой твердый металл с температурой плавления 186°С и температурой кипения 1370°С, относится к распространенным химическим элементам, его весовое процентное содержание в земной коре составляет 0,005%, стабильный и экологически безопасный материал представляет литий-7, его процентное содержание в природной смеси составляет 92,7%.

Ядро лития-7 содержит (условно) одну сформированную альфа-частицу и 3 нуклона, не связанных в четверку, из них один протон и два нейтрона. В случае захвата очередного нейтрона ядром лития-7 происходит следующая реакция:

в результате которой один из нейтронов превращается в протон и заканчивается формирование второй альфа-частицы. Образовавшееся ядро бериллия-8 нестабильно от природы и распадается на 2 альфа-частицы и в дальнейшей реакции не участвует. Положительно заряженные ядра гелия удаляются из реактора в окружающее пространство, выравнивая электрический заряд излучателя.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕАГЕНТА.

Для производства энергии (тяги двигателя) рекомендуется использовать следующие реакции:

1) ₃Li⁷+n₃Li⁸+2,1 МэВ;

2)

или 2,5 МэВ/нуклон.

1 кг лития-7 выделяет энергию 6·10²⁶·17,4/7=14,9·10²⁶ МэВ или 5,67·10¹⁰ ккал, что в 2,8 раза больше, чем при израсходовании 1 кг урана-235. Это эквивалентно сжигании 5,14 тыс. тонн бензина. Учитывая, что стоимость 1 кг урана-235 в 100 раз дороже стоимости 1 кг дейтерия, полученная энергия будет в 280 раз дешевле энергии, получаемой от современных атомных электростанций.

1 кг лития-7 содержит 6·10²⁶/7=8,6·10²⁵ молекул.

Такое же число нейтронов требуется получить от генератора нейтронов. Для образования нейтрона из дейтерия необходимо затратить энергию 2,23 МэВ для разделения дейтерия на нейтрон и протон. Отсюда на образование 8,6·10²⁵ нейтронов необходимо затратить

8,6·10²⁵·2,23=1,9·10²⁶ МэВ=7,3·10⁹ ккал.

Следовательно, полезная энергия равна 5,67-0,73=4,94·10¹⁰ ккал, что эквивалентно сжиганию 4,46 тысяч тонн бензина.

Расходуя 1 кг реагента в секунду, что соответствует расходу энергии 2,38·10¹⁴ Дж/с, получим тяговое усилие двигателя

2) Используя в качестве реагента изотопа бор-11,

1 кг реагента выделит энергию порядка 16,79·6·10²⁶/11=9,77·10²⁶ МэВ=3,76·10¹⁰ ккал, что эквивалентно сжиганию 3,42 тысячи тонн бензина.

3) Использование в качестве реагента изотопа свинец-208. Распространение в земной коре 0,0016%, содержание в природной смеси 25%. Стабильный изотоп.

Рекомендуется использовать следующие ядерные реакции:

В данном случае реагент не расходуется, остается неизменным, служит как бы катализатором объединения отдельных нуклонов в альфа-частицу, которая по окончании ее формирования отделяется от ядра первоначального реагента, после чего может формироваться новая очередная альфа-частица. Расходуются только нейтроны, поступающие от генератора нейтронов. Период альфа-частичного полураспада полония-210 слишком велик, но это не препятствует захвату ядром реагента очередного нейтрона. Захваченный очередной нейтрон ускоряет завершение процесса.

Затем цикл повторяется.

Для создания тягового усилия необходимо применить специальные меры формирования направленного потока излучения энергии реагентом. Одной из них является придание реагенту специальной формы. Предположим, что в процессе захвата нейтронов реагент излучает энергию во все стороны с равной интенсивностью. В таком случае все образовавшиеся импульсы будут компенсировать друг друга и никакого тягового усилия не появится. Чтобы получить направленный поток излучения, следует реагент выполнить в виде тонкого слоя. В этом случае преимущественное излучение будет происходить перпендикулярно поверхности реагента. Если дать возможность одной половине лучей свободно распространяться в открытое пространство, а вторую половину лучей погасить, а еще лучше отразить в обратном направлении, то получим тяговое усилие

или

где n_сек – расход энергии в сек;

h – квант энергии.

Вторым способом повышения направленности излучения является образование направленного потока нейтронов, облучающих реагент. Цитата: “распространенной реакцией для медленных нейтронов является их радиационный захват протонами ядер (n, ), в результате которого составного ядра не образуется, а ядро возвращается из возбужденного в основное состояние – состояние испустив гамма-квант преимущественно в направлении движения нейтрона.” (Б.М.Яворский и А.А.Детлаф. Справочник по физике. М., 1965 г., с.772).

Таким образом можно улучшить направленность излучения энергии рациональным расположением генератора нейтронов относительно излучателя.

Третьим способом повышения направленного излучения энергии служит использование отражателя электронов и нейтронов. Графит является хорошим отражателем нейтронов и с этой целью находит широкое применение в ядерных реакторах в качестве замедлителя и отражателя нейтронов. Но, кроме этого применения, графит является прекрасным отражателем электронов бета-минус излучения. Действительно, захват электрона ядром углерода ₆С¹², если он состоится, преобразует его в ядро бора ₅В¹², излучающего бета-минус лучи с энергией порядка 13,39 МэВ, т.е. состоится переизлучение электронов.

Четвертым способом улучшить излучательные характеристики реактора является преобразование энергии нагрева. Некоторая часть произведенной энергии неизбежно расходуется на нагрев конструкции двигателя и рабочих компонентов. Для уменьшения нагрева требуется использовать охлаждающую жидкость. Эта жидкость может быть использована в качестве промежуточного рабочего тела. По мере ее расходования она может выбрасываться через дополнительные сопла двигателя, обеспечивая дополнительную тягу двигателя и снижая тепловые потери энергии.

ГЕНЕРАТОР НЕЙТРОНОВ КОМБИНИРОВАННЫЙ.

Для поддержания реакций низкотемпературного ядерного синтеза, как и в реакциях расщепления тяжелых ядер, необходимо обеспечить мощный поток нейтронов, облучающих реагент. В реакторах на расщеплении тяжелых ядер нейтроны рождаются реагентом в достаточном количестве. В реакторах низкотемпературного ядерного синтеза нейтроны реагентом не рождаются, но они необходимы для осуществления реакций, поскольку они служат строительным материалом для увеличением массы и заряда ядра. Поэтому необходимо предусмотреть специальный генератор нейтронов для облучения нейтронами реагента, без этого реакции низкотемпературного ядерного синтеза не состоятся.

Генератор нейтронов комбинированный использует известные схемы и принципы производства нейтронов, а также рекомендации по их использованию.

Для увеличения выхода реакции и плотности потока нейтронов необходимо использовать блоки обратной связи. Для нормальной работы источника ядерной энергии на низкотемпературном ядерном синтезе той мощности, которую способны обеспечить рекомендованные технической литературой современные генераторы нейтронов, недостаточно, требуется повысить их производительность и увеличить выход нейтронов. Одним из возможных способов получения достаточно мощного потока нейтронов необходимой интенсивности является использование идеи преобразования протонов и альфа-частиц в нейтроны, на что требуется затрата энергии в пределах 2 МэВ на производство каждого нейтрона. В качестве ускорителя протонов и альфа-частиц следует использовать циклотроны. Для реализации ускорителя протонов с помощью циклотрона получают множество протонов, нагревая газообразный водород до температуры, при которой ядра водорода, т.е. отдельные протоны, освобождаются от электронов.

Поскольку протоны заряжены положительно, электрическое поле будет разгонять их по прямой линии, в то время как магнитное поле изгибает пути протонов, превращая их в окружности. Комбинируя электрическое и магнитное поля, можно ускорять протоны, движущиеся по окружности до высоких энергий, и направлять их в нужном направлении (например, с выхода блока преобразования протонов в нейтроны, непрореагировавшие протоны можно вернуть на вход ускорителя протонов, ускорить их и повторить выполнение реакции, увеличивая выход нейтронов).

Когда протоны приобретут достаточную энергию (2,5 МэВ), они направляются на мишень, роль которой может играть пластина из лития-7, бора-11, меди-63 и др.

Реакции (р, n) состоят в том, что протоны и нейтроны меняются местами. Примеры реакций:

₃Li⁷(p,n)₄Be⁷; ₅B¹¹(p,n)₆C¹¹;

₂₉Cu⁶³(p,n)₃₀Zn⁶³ и др.

Для увеличения выхода реакции используется цепь обратной связи. Протоны, непрореагировавшие в первом цикле и потерявшие часть энергии на возбуждение электронной оболочки ядер, выделяются из блока преобразования протонов в нейтроны, под действием электрического и магнитного полей направляются повторно на вход ускорителя, где ускоряются до необходимой энергии и повторно направляются в блок преобразования протонов в нейтроны. Так повторяется многократно, что увеличивает выход реакции (см. фиг.3).

С выхода блока преобразования протонов в нейтроны нейтроны через тонкую мембрану, отделяющую их от протонов, поступают в область реактора, в которой находится реагент и где происходит низкотемпературный ядерный синтез.

Вычисляем энергию реакции

₃Li⁷+p₄Be⁷+n-1,64 МэВ

Таким образом, эта реакция эндотермическая и может идти в том случае, если протон ускорить до необходимой минимальной энергии. Однако последняя оказывается больше чем 1,64 МэВ. Это объясняется тем, что при соударении ускоренного протона с неподвижным ядром часть кинетической энергии протона расходуется на то, чтобы сдвинуть с места само ядро. Таким образом, часть энергии протона переходит в энергию отдачи ядра. Минимальная энергия протона, при которой может возникнуть ядерная реакция, Е_пор1,64(1+1/7)=1,88 МэВ. Второй канал генератора нейтронов комбинированного использует следующую схему:

1) ускорение альфа-частиц до необходимой величины энергии в циклотроне,

2) производство нейтронов при помощи реакции (, n), примером такой реакции является

₄Be⁹+₆C¹²+n+5,7 МэВ

Эта реакция экзотермична и может идти при малых энергиях альфа-частиц, необходимых лишь для преодоления кулоновских сил отталкивания со стороны ядра порядка 1,62 МэВ.

Предложенная схема генератора нейтронов комбинированного позволит повысить интенсивность потока нейтронов до необходимой величины.

ПЕРЕЧЕНЬ ФИГУР, ЧЕРТЕЖЕЙ И ИНЫХ МАТЕРИАЛОВ.

ФИГ.1. Общий вид ракеты с ядерным квантовым двигателем.

1. Головная часть,

2. отсек блока управления,

3. грузовой отсек,

4. отсек транспортной части.

ФИГ.2-4. Конструкция ядерного квантового двигателя

1. Корпус,

2. генератор нейтронов,

3. замедлитель нейтронов,

4. заряженные альфа-частицы,

5. отражатель нейтронов,

6. отражатель электронов,

7. система пуска и останова,

8. реагент,

9. система защиты,

10. система автоматического управления,

11. вспомогательные системы.

ФИГ.5. Структурная схема генератора комбинированного.

1. Блок ускорения протонов,

2. блок преобразования протонов в нейтроны,

3. блок выделения протонов,

4. блок обратной связи,

5. реагент,

6. блок выделения альфа-частиц,

7. блок обратной связи,

8. блок ускорения альфа-частиц,

9. блок преобразования альфа-частиц в нейтроны,

10. блок выделения альфа-частиц,

11. блок обратной связи.

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ РАКЕТЫ С ЯДЕРНЫМ КВАНТОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ.

ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ РАКЕТЫ

Ракета имеет следующее конструктивное исполнение (см. фиг.1)

ГОЛОВНАЯ ЧАСТЬ (1) служит для размещения боевых зарядов.

Отсек БЛОКА УПРАВЛЕНИЯ (2) служит для размещения:

а) компьютеров управления полетом и выработки командных сигналов в механизмы управления узлов ракеты,

б) системы стабилизации по углам вращения, тангажа, рыскания,

в) системы ориентации,

г) системы наведения,

д) системы контроля,

е) системы выработки командных сигналов,

ж) системы электропитания,

з) других вспомогательных и обслуживающих систем.

ГРУЗОВОЙ ОТСЕК (3) для размещения боевых зарядов служит дополнительным контейнером, а также для стабилизации полета, чтобы сместить центр тяжести в нижнюю часть ракеты. Для повышения стабилизации груз делится на 2 части, одна из которых размещается в головной части, а вторая в грузовом отсеке.

ОТСЕК ТРАНСПОРТНОЙ ЧАСТИ (4) – В транспортном отсеке ракеты расположены квантовые реакторы-излучатели энергии, рулевые и корректирующие установки, системы пуска и останова двигателей, система охлаждения и запас ядерного горючего.

Квантовый реактор-излучатель предназначен для использования в качестве основного транспортного двигателя на использовании низкотемпературного ядерного синтеза.

Двигатель состоит из следующих конструктивных узлов (см. фиг.3)

1) Ядерного реактора;

2) излучателя гамма-квантов и электронов высокой энергии, представляющего собой реагент, в качестве которого используется ядерное горючее, в котором под действием облучения потоком медленных нейтронов происходит радиационный захват медленных нейтронов и излучение ядерной энергии;

3) корпуса (1);

4) генератора нейтронов комбинированного (2);

5) замедлителя нейтронов (3);

6) выделения заряженных альфа-частиц (4);

7) отражателя нейтронов (5);

8) отражателя электронов (6);

9) системы пуска и останова (7);

10) реагента (8);

11) системы защиты

12) системы автоматического управления

13) вспомогательных систем

В исходном состоянии все составляющие компоненты представляют собой нерадиоактивные, стабильные и безвредные вещества, не представляющие опасности обслуживающему персоналу и окружающей природе.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ДВИГАТЕЛЯ.

Для запуска двигателя необходимо:

1. Включить электропитание электромагнитов ускоряющих циклотронов,

2. Включить электропитание радиочастотного генератора,

3. Включить электропитание нагревателя водорода и гелия,

4. Включить подачу водорода и гелия в блоки ускорения протонов и альфа-частиц (см. фиг.3).

Потоки водорода и гелия нагреваются до температуры, при которой протоны и ядра гелия (альфа-частицы) отделяются от электронной оболочки и разгоняются под действием электрического поля. Магнитное поле заставляет заряженные частицы двигаться по спирали. При этом энергия частицы возрастает с каждым оборотом. По достижении энергии частиц порядка 2,5 МэВ заряженные частицы направляются на мишень, преобразуя протоны в нейтроны. Реакция (р, n) состоит в том, что протоны и нейтроны как бы меняются местами. Примеры реакций:

₃Li⁷(p,n)₄Be⁷; ₅B¹¹(p,n)₆C¹¹;

₂₉Cu⁶³(p,n)₃₀Zn⁶³ и др.

Для увеличения выхода реакций используется цепь обратной связи (4). Протоны, не прореагировавшие в первом цикле и потерявшие часть энергии на возбуждение электронной оболочки ядер, имеющие кинетическую энергию ниже уровня порога реакции (p, n), выделяются блоком выделения протонов (3) и под действием электрического и магнитного полей возвращаются на вход блока ускорения протонов (1) для повторного цикла реакции (р, n), увеличивая тем выход реакции.

Поток нейтронов, образовавшихся в блоке преобразования протонов в нейтроны, поступает в активную зону реактора к реагенту низкотемпературного ядерного синтеза (5).

Блок ускорения альфа-частиц (8) ускоряет альфа-частицы до энергий, превышающих порог реакции (, n).

Блок преобразования альфа-частиц в нейтроны (9) производит нейтроны осуществлением реакции (, n) и направляет образовавшиеся нейтроны в активную зону реактора к реагенту низкотемпературного ядерного синтеза (5).

Блок выделения альфа-частиц (6), (10) выделяет непрореагировавшие альфа-частицы, имеющие кинетическую энергию ниже порога реакции (, n), и возвращают их по цепи обратной связи на вход блока ускорения альфа-частиц для повторного цикла реакции (, n), увеличивая тем выход реакции. В активной зоне реактора-излучателя (см. фиг.2) происходит замедление поступающих нейтронов замедлителем нейтронов (3), в качестве которого используют графит и происходит радиационный захват реагентом (8) медленных нейтронов.

В ядрах реагента, облученных медленными нейтронами, осуществляется ядерная реакция:

₃Li⁷+n₃Li⁸+2,1 МэВ;

в результате которой образуются 2 положительно заряженные альфа-частицы и выделяется энергия 17,3 МэВ, излучаемая квантом гамма-излучения с энергией 2 МэВ и потоком бета-минус-излучения с энергией 15,31 МэВ, которые используются для создания тягового усилия двигателя, расходуя 1 кг реагента в сек, что соответствует расходу энергии 2,38·10¹⁴/3·10⁸=795 т·с/кГ.

Формула изобретения

Ракета с ядерным квантовым двигателем, включающим ядерный реактор, излучатель электронов и гамма-квантов высоких энергий направленного действия, генератор нейтронов, замедлитель нейтронов, отражатель нейтронов, систему пуска и останова двигателя, систему охлаждения, систему защиты, систему автоматического управления и вспомогательные системы, отличающаяся тем, что она содержит головную часть с боевым зарядом, отсек блока управления, грузовой отсек и отсек транспортной части, при этом излучатель электронов и гамма-квантов высоких энергий направленного действия квантового двигателя выполнен параболической формы, а генератор нейтронов – комбинированным и состоящим из блоков ускорения протонов, преобразования протонов в нейтроны, выделения протонов, выделения альфа-частиц, ускорения альфа-частиц, преобразования альфа-частиц в нейтроны, обратной связи и пуска, при этом квантовый двигатель выполнен с возможностью образования ядерной энергии путем радиационного захвата реагентом медленных нейтронов, производимых упомянутым генератором нейтронов, и преобразования части избыточных нейтронов в протоны с последующим соединением захваченных нейтронов с образованными протонами в составные ядра и слияния их с ядром реагента и получения посредством этого тягового усилия за счет излучения квантов гамма- и бета-минус высоких энергий направленного действия, причем в качестве реагента использованы атомные ядра лития-7, бора-11, натрия-23 и свинца-206.

РИСУНКИ