ПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СННХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2007, < 3, с. 55-60
УДК 532.542.4;532.542.9;535.243
ГЕНЕРАЦИЯ ИНТЕНСИВНОГО НАПРАВЛЕННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ БЫСТРОМ ДВИЖЕНИИ СТРУИ ЖИДКОСТИ СКВОЗЬ УЗКИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КАНАЛЫ
© 2007 г. А. А. Корнилова1, В. И. Высоцкий2, А. И. Колдамасов1, Hyun Ik Yang3,
Denis B. McConnell4, А. В. Десятов5
Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова, Москва, Россия 2Киевский национальный университет им. Т.Шевченко, Киев, Украина 3Hanyang University, Ansan, Korea 4Fusion Research Corporation, Vancouver, Canada 5Унитарное федеральное предприятие "Центр Келдыша", Москва, Россия Поступила в редакцию 17.07.2006 г.
В работе представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований кавитацион-ных явлений в объеме движущейся струи жидкости после ее прохождения через тонкие и длинные ориентированные каналы в диэлектриках. Обнаружено, что при достижении порогового давления жидкости (чистое машинное масло) в объеме движущейся струи происходит стационарная генерация интенсивного направленного излучения оптического диапазона, параметры которого близки к характеристикам лазерного излучения. Эффективная температура области генерации по оценкам соответствует 50-100 эВ. В ряде случаев оптическое излучение сопровождается импульсной генерацией направленного гамма-излучения. Этим процессам сопутствует последовательность высоковольтных электрических разрядов большой длины в объеме и на поверхности жидкости, соответствующих разности потенциалов 50-100 кВ. Одной из причин наблюдаемых явлений может быть, в частности, протекание в объеме струи жидкости энергетически выгодных ядерных реакций синтеза с участием легких ядер. Показано, что такие процессы могут быть успешно стимулированы многопузырьковой кавитацией.
ВВЕДЕНИЕ
Проблема энергетически выгодного ядерного синтеза может решаться многими методами, в частности, при использовании динамических явлений в жидкости. Физической основой таких процессов служат, как правило, различные кави-тационные явления [1]. Считается, что они обусловлены импульсным сжатием внутренней части кавитационных пузырьков в процессе их схлопы-вания. Механизм формирования таких пузырьков чаще всего связывают с действием интенсивной ультразвуковой волны, однако такое объяснение не является достаточно убедительным, поскольку электронная температура в объеме сжимаемого пузырька в режиме многопузырьковой сонолю-минесценции относительно мала и не превышает 3000-5000 К [2], что явно недостаточно для обеспечения ядерного синтеза. Следует отметить, что существуют альтернативные механизмы стимуляции ядерных реакций в замкнутых ограниченных системах, подобных кавитационному пузырьку в жидкости. Эти механизмы рассмотрены в [3-6] и связаны с возможностью кратковременного интерференционного подавления влияния кулоновского отталкивания взаимодействующих ядер на их движение в замкнутых микрополостях
определенного размера с определенным (параболическим) законом зависимости потенциальной энергии от расстояния до центра полости. В таких системах возможно независимое квантование частиц, при котором в определенные моменты времени амплитуда волновой функции каждой из частиц в месте расположения другой частицы зависит только от характеристик микрополости и не зависит от взаимного отталкивания частиц.
Очевидно, что подтверждение возможности осуществления такого гипотетического режима взаимодействия позволило бы обеспечить реализацию ядерных реакций синтеза не только на основе простейших реакций типа ё + ё и ё + t, но и реакций с участием гораздо более тяжелых изотопов.
Целью настоящей работы было изучение режимов возбуждения турбулентных состояний и анализ сопутствующих явлений в движущейся жидкости, протекающей с большой скоростью сквозь тонкие и длинные диэлектрические каналы. Детальный анализ показывает, что характеристики турбулентных состояний в оптимальных режимах существенно отличаются от кавитации и могут быть объяснены с привлечением ядерных источников энергии.
Рис. 1. Схема экспериментальной установки.
Рис. 2. Общий вид рабочей камеры при низком давлении движущегося масла. Жидкость при всех давлениях движется слева направо.
Рис. 3. Вид части рабочей камеры на стадии формирования кавитационных пузырьков.
СХЕМА И КОНСТРУКЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Для выполнения исследований была создана экспериментальная установка, схема которой представлена на рис. 1. Общий объем прокачиваемой жидкости, циркулирующей по замкнутому контуру, был равен 20 л. Цилиндрическая рабочая камера имела длину 15 см, диаметр 8 см и была изготовлена из плексигласа с толщиной стенок около 3 см. В центре камеры находилась диэлектрическая перегородка, сквозь которую проходи-
ла съемная диафрагма с тонким прямолинейным каналом диаметром около 1 мм и длиной 2 см.
Конструкция установки позволяла проводить исследования в интервале давлений жидкости от 1 до 100 атм в пространстве перед каналом. Исследования режимов кавитации проводилось с помощью средств оптической регистрации пространства до и после канала при разных давлениях рабочей жидкости. Для регистрации возможного жесткого излучения использовалась рентгеновская фотопленка в светозадерживающей упаковке. Эта фотопленка располагалась на внешней поверхности рабочей камеры. Всего в экспериментах исследовалось две жидкости - очищенное веретенное масло и дистиллированная вода.
КАВИТАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В СТРУЕ ВЕРЕТЕННОГО МАСЛА, ДВИЖУЩЕГОСЯ ВДОЛЬ КАНАЛА
Эксперименты с прокачиваемым веретенным маслом проводились в режиме поэтапного возрастания давления. В соответствии с разным проявлением эффектов кавитации рассмотрим эти режимы в виде последовательных этапов. В исходном состоянии цвет веретенного масла был темно-коричневым и достаточно прозрачным.
1 этап. При небольшом давлении (менее 2030 атм) цвет движущегося масла в рабочей камере оставался темно-коричневым и одинаковым перед каналом и после него. Прозрачность масла оставалась неизменной (рис. 2).
2 этап. При давлении около 30 атм в объеме масла за выходным отверстием канала начинался процесс начальной турбулентности в виде вихрей, видимых невооруженным глазом.
3 этап. При возрастании давления до 40 атм средний размер турбулентных вихрей становился очень маленьким, в результате чего веретенное масло в пространстве за каналом становилось молочно-белым и похожим на густой туман (рис. 3).
4 этап. При возрастании давления до 60 атм происходило поэтапное и синхронизированное с ростом давления увеличение прозрачности движущегося масла в пространстве после выхода из канала (рис. 4). На последней стадии процесса увеличения прозрачности в объеме масла, непосредственно примыкающем к концу канала, возникала слабо светящаяся небольшая стационарная плазменная область, продольный и поперечный размер которой равен 2 мм. Эта область видна как слабое свечение сразу после выхода из канала на правом снимке на рис. 4.
5 этап. При дальнейшем увеличении давления до 70-80 атм в центральной и правой частях рабочей камеры появлялся ярко светящийся прямолинейный и слабо расходящийся световой пучок (рис. 5).
Рис. 4. Поэтапное возрастание прозрачности движу- Рис. 5. Генерация направленного яркого светового
щегося масла при увеличении давления (давление на пучка в объеме кавитирующего веретенного масла
этом снимке больше, чем на рис. 3). при большом давлении прокачиваемой жидкости.
Рис. 6. Поэтапное формирование неструктурированной светящейся области зеленого цвета на входе в канал. Давление на правом снимке больше, чем на левом.
На поверхности, разделяющей внутреннюю часть перегородки рабочей камеры и внешнюю часть сменной диафрагмы, наблюдались непрерывно следующие электрические разряды. Они видны в центральном участке рабочей камеры на рис. 5.
6 этап. При увеличении давления до максимального значения 90-95 атм, исследуемого в проводимых экспериментах, интенсивность свечения возрастала. При таком давлении светящийся луч становился очень ярким и в начальной области имел белый цвет, переходящий в голубой по мере удаления от выхода канала. При возрастании давления резко возрастала частота генерации электрических разрядов. При увеличении давления в указанном интервале наблюдалось еще одно оптическое явление - образование светящейся области зеленого цвета перед входом в канал (левая часть на обоих снимках рис. 6).
АНАЛИЗ И ОБОБЩЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ МЕХАНИЗМОВ АНОМАЛЬНОЙ КАВИТАЦИИ
Проведем краткий анализ возможных механизмов излучения, которые могут приводить к
наблюдаемым явлениям. Существовало несколько гипотез, которые были последовательно проверены путем проведения уточняющих исследований. Прежде всего, покажем, что эти явления не могут быть сведены к простой сонолюминес-ценции в той части рабочей камеры, где имеет место кавитация жидкости.
Есть несколько очевидных причин, согласно которым эффекты, наблюдавшиеся при прохождении струи чистого веретенного масла сквозь тонкий диэлектрический канал, не могут быть связаны с явлением сонолюминесценции:
1. Поскольку диаметр прямого светящегося пучка в четыре раза больше диаметра канала, то область свечения не может быть направленным пучком света, формируемым внутри коллимирую-щего канала в процессе сонолюминесценции и выходящим из него в правую часть рабочей камеры.
2. Кавитационные пузырьки формируются при выходе струи из канала в пределах области, соответствующей диаметру канала. Хорошо известно [6], что время схлопывания кавитацион-ных пузырьков не превышает ттах ~ 20-40 нс. Если учесть, что при давлении Р < 100 атм скорость струи составляет vmax ~ 104-105 см/с, то продоль-
ный размер области кавитации струи после ее выхода из канала не должен превышать 1 мм, что в 50-100 раз меньше, чем наблюдается в эксперименте.
3. Хорошо известно, что температура области сонолюминесценции при обычной многопузырьковой кавитации составляет 3000-5000 К [2, 7, 8], что никак не согласуется с бело-голубым свечением направленного луча.
4. Известно, что при повышении температуры жидкости интенсивность сонолюминесценции резко падает: в [2] показано, что
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.