Ядерный автомобильный двигатель. Ядерный двигатель для автомобиля
Автомобиль с ядерным двигателем, создан!
Автомобиль с ядерным двигателем — эта первая ласточка, которая работает на практически безотходном ядерном топливе и экологически безопасная во всех отношениях машина, теперь не только в мечтах и разработках ученых, а в реальности была представлена на обозрение.
Laser Power Systems — ядерному двигателю быть!
Инженеры компании Laser Power Systems во главе с изобретателем Чарльзом Стивенсоном смогли не только разработать концепцию ядерного двигателя, но и с успехом воплотить ее в жизнь. Новый концепт-кар получил название Cadillac World Thorium Fuel (Cadillac WTF). Вы только посмотрите на этого красавца:
Технические подробности Cadillac WTF
Топливом для ректора двигателя послужил слаборадиактивный торий — довольно редкий и дорогой металл. Однако всего лишь один грамм этого вещества может с лихвой заменить 30 000 литров обычного топлива, используемого в двигателях внутреннего сгорания!
Простые подсчеты подсказывают, что если в двигатель кара «залить» всего 8 грамм тория, то беспрерывной работы автомобиля хватит… на сто лет! Более того, выделяемой при реакции избыточной энергии хватит еще и на подзарядку и аккумулятора, и других подобных устройств!
Все системы концепта кардинально отличаются от традиционных аналогов. Энергия тория максимально эффективно приводит в действие все внутренние программы, действуя сродни нервной системы человека. Основные узлы автомобиля имеют функцию подстраховки в случае непредвиденной поломки, чтобы Cadillac WTF продолжал полноценное функционирование без ремонта.
В отличие от современных автомобилей, концепт-кар имеет… 24 колеса, по 6 с каждой стороны. Каждое из них довольно узкое и снабжено встроенным индукционным электромотором. Такие колеса нужно будет регулировать раз в 5 лет, без необходимости их замены.
Сама конструкция Cadillac WTF очень гибкая, автомобиль способен трансформироваться словно мускулы, делая управление интуитивным. Например, угол колес изменяется в зависимости от поверхности дороги. Реактор автомобиля в целях безопасности расположили в задней части коцепт-кара.
Честно говоря, я не знаю где станут брать механиков-авторемонтников современные автомастерские и ТО, если такие автомобили массово появятся в эксплуатации: тут им понадобиться, как минимум, диплом инженера с соответствующим образованием!
А что станет с мировыми позициями в области энергетики, если торий позитивно покажет себя в области автомобильной промышленности нового поколения? Трудно представить, но эти позиции могут занять Австралия и Индия — на долю этих стран приходится около 30% залежей этого металла от всех месторождений планеты.
Станет ли производство автомобилей нового поколения основано на двигателях радиактивного распада, покажет время. А хотелось бы: какая огромная проблема с экологией исчезнет у землян, трудно даже представить! Что этому может помешать, разве что нежелание международных топливных холдингов, которые приобретут все права на технологию, а потом — либо запрячут ее на неопределенное время, либо сделают доступ к ней чрезвычайно дорогим. Успокаивает лишь факт примеров того, что электромобили все же находят все большее применение в автомобилестроении и факт загрязнения окружающей среды не позволит международным топливным концернам задушить технологию с применением тория.
Похожие записи:
ogend.ru
Ториевый ядерный двигатель для автомобилей
Концепт автомобиля с силовой установкой на радиоактивных элементах был разработан компанией Cadillac еще в 2009 году. Никакого отношения к ядерным реакторам он не имеет, однако обладает таким же огромным потенциалом и практически бесконечным запасом топлива.
Лазер на основе тория
Американская компания Laser Power Systems разработала альтернативную конструкцию лазера, основанную на использовании энергии слаборадиоактивного элемента тория. Из-за ряда особенностей она не может использоваться в качестве аналога промышленных или научных лазеров. Однако установка излучает тепловую энергию огромной мощности и при этом обладает крайне низким расходом топлива.
На ее основе конструкторы фирмы Cadillac разработали силовую установку нового типа для автомобилей. Луч псевдо-лазера нагревает воду или аналогичный теплоноситель в специальном резервуаре, превращая его в пар, который затем используется для вращения турбины. Она, в свою очередь, может передавать крутящий момент колесам авто либо приводить в движение вал генератора, который будет вырабатывать электроэнергию. При весе в230 кгустановка обладает мощность около 250 КВт. В качестве топлива в ней используются соли тория,1 граммкоторых по уровню отдаваемой энергии аналогичен 7500 литрам бензина.
Концепт автомобиля
Данная силовая установка может быть использована в автомобиле гражданского назначения – его прототип в настоящее время проходит испытания. Принципиальной переделки ходовой части авто не требуется, однако немалый вес установки и специфическая система охлаждения существенно влияют на форму и размеры кузова авто. Особенное внимание уделено противорадиационной защите – хоть в системе и не происходит расщепления ядра, торий сам по себе является достаточно интенсивным источником радиации, представляющим угрозу организму человека.
Проблем с обслуживанием и заправкой авто не предвидится –8 граммовтория хватает на500 000 кмпробега, поэтому установка топлива будет происходить на заводе 1 раз за время эксплуатации машины. В отличие от плутония или урана, торий почти не используется в ядерной энергетике, а запасы его руды на планете в 3-4 раза выше. При их промышленной разработке стоимость ториевого топлива может оказаться достаточно низкой, чтобы авто оказалось рентабельным в производстве и эксплуатации. Однако остается открытым вопрос об утилизации отработанного топлива и влиянии таких авто на экологию.
zaryad.com
Советский атомный автомобиль / Назад в СССР / Back in USSR
От автомобиля к атомобилю
В качестве источника энергии в Ford Nucleon 1957 года предполагалось использовать компактный ядерный реактор. Кабина была вынесена за переднюю ось, а тяжелый реактор вместе с биологической защитой был установлен далеко позади. По расчетам инженеров Ford, на одной загрузке топлива Nucleon мог пройти 5000 миль (8000 км), после чего вся энергоустановка подлежала замене целиком, при этом владелец мог выбрать любую энергоустановку — более мощную или более экономичную.
Гонка за мирным атомом
В 1949 году правительство СССР, прислушавшись к доводам ученых, среди которых были академик Петр Капица, президент Академии наук Сергей Вавилов и «отец советской атомной бомбы» Игорь Курчатов, приняло решение о строительстве первого сугубо гражданского атомного объекта — атомной электростанции. В октябре 1954 года Обнинская АЭС была официально включена в сеть Мосэнерго, и обычные люди получили возможность зажечь лампочку от атомной электроэнергии. Советский Союз выиграл первый отрезок эстафеты за «мирный атом». Но и американцы не дремали. В 1952 году на верфях Гротона была заложена подводная лодка «Наутилус», которая должна была стать первой атомной субмариной в мире. К 1954 году, когда была построена Обнинская АЭС, «Наутилус» был спущен на воду, а в январе 1955-го вышел в море, став первым транспортным (хотя и не гражданским) средством, движимым энергией атомного распада.Атом в упряжке
При разработке «Волга-Атом» конструкцию существующего шасси ГАЗ-21 никак не удавалось усилить. В результате идея компоновки была позаимствована у концепт-кара 1962 года Ford Seattle-ite XXI с двумя передними осями. Все четыре передних колеса «Волга-Атом» были рулевыми (из них два ведущими). Несмотря на длинный капот, места для размещения биозащиты и системы охлаждения в моторном отсеке не хватило. Пришлось использовать переднюю часть салона, а водительское место разместили сзади.
Как работает атомный двигатель
Конструкция первого поколения представляет собой классическую «пушечную схему». Подкритические урановые шайбы на поршне и торце цилиндра сближаются, увеличивая критичность, и реакция деления разогревает рабочее тело (гелий) в цилиндрах. Гелий расширяется и толкает поршень, совершая работу. Распредвал выдвигает кадмиевый стержень-поглотитель, реакция затухает. Во втором поколении в качестве топлива используется газофазный гексафторид урана, который одновременно является и рабочим телом. Графитовый замедлитель сделан пористым, чтобы газ эффективнее перемешивался, и в нем шла реакция деления.Чистый дизайн и начинка
Добиться невозможного
Славскому идея показалась интересной, и он конфиденциально попросил нескольких физиков-атомщиков изучить возможность реализации подобного проекта. Ответ был совершенно однозначным: «Пустые фантазии!». На ближайшем совещании в Кремле Славский между делом в шутку упомянул об этом — вот, мол, какой ерундой занимаются американцы. Он ожидал, что Хрущев посмеется вместе с ним, однако реакция была совершенно другой. Никита Сергеевич выслушал министра и вдруг неожиданно серьезно сказал: «А почему бы нам не сделать такой автомобиль? Ведь с ледоколом хорошо получилось!» Попытки переубедить генсека не увенчались успехом, Хрущев отмел все возражения взмахом руки: «Если эти физики не могут, найдите других». И такие физики были найдены. Для проектирования автомобиля, приводимого в движение атомной энергией, было создано Автомобильное конструкторское бюро (АКБ) под руководством Александра Эдуардовича Камнева. АКБ занималось разработкой ядерной силовой установки.
По пушечной схеме
Физики АКБ, взяв за основу атомную силовую установку ледокола «Ленин», быстро убедились в том, что она не поддается масштабированию в меньшую сторону. Построить же автомобиль под существующий реактор было немыслимо — настолько огромной получалась машина. Над этой проблемой физики работали до 1960 года, но без особого успеха, пока на очередном совещании кто-то них в сердцах не воскликнул: «Не получается, хоть засовывай уран в цилиндры двигателя!» — и это навело Камнева на идею, которая оказалась весьма плодотворной. Идея состояла в следующем. Традиционный реактор требует довольно значительного количества радиоактивного урана. При уменьшении массы топлива коэффициент размножения нейтронов падает, и реактор перестает быть критичным — «затухает». Между тем критичность реактора зависит не только от массы загруженного в него радиоактивного материала, но и от его конструкции и конфигурации. Камнев предложил использовать классическую «пушечную схему», хорошо знакомую физикам-ядерщикам по конструкции первых атомных бомб из урана (более совершенные плутониевые делались уже по другой схеме — имплозивной). Суть ее работы состоит в том, что при сближении двух кусков обогащенного урана начинается цепная реакция, растет коэффициент размножения нейтронов и реакция становится самоподдерживающейся. В бомбе она идет еще дальше — начинается нарастающая цепная реакция, и происходит взрыв. Но ведь работа обычного двигателя внутреннего сгорания — это есть серия маленьких взрывов! Нужно только остановить реакцию вовремя, чтобы замкнуть цикл работы двигателя.Атомное сердце
К концу 1961 года конструкция была в основном проработана. Двигатель А21 представлял собой вполне традиционный четырехцилиндровый агрегат, в котором на торцах поршней и цилиндров были расположены шайбы из обогащенного изотопом 235 урана. В торце цилиндра была также расположена шайба из графита — замедлителя нейтронов. В качестве рабочего тела выступал гелий, закачанный в цилиндры. При ходе сжатия массы урана сближались, коэффициент размножения нейтронов начинал расти. За счет тепловыделения гелий разогревался и начинал расширяться, толкая поршень наверх, — это был рабочий ход. Контролировать обороты и останавливать работу двигателя можно было с помощью стержней-поглотителей, которые располагались на месте клапанов и выдвигались независимо вращающимся распредвалом с изменяемыми фазами кулачков. По мере расхода ядерного топлива фазы смещались, чтобы компенсировать «выгорание» топлива. В качестве аварийного «гашения» реактора при закритических авариях предусматривался впрыск раствора борной кислоты в цилиндры. Весь агрегат был помещен в полностью герметичную оболочку с биозащитой, наружу были выведены только трубопроводы второго контура охлаждения и магнитная муфта, вращавшая редуктор коробки передач. После полугода настроек и экспериментов двигатель, установленный на стенде, отработал три месяца совершенно штатно, при этом условный пробег составил около 70 000 км. Пора было испытать его в деле. Для проектирования шасси были привлечены инженеры специально созданной рабочей группы Горьковского автозавода (ГАЗ). Поставленная задача немало их удивила. Подвеску нужно было значительно усилить: А23 весил не 200 кг, как штатный мотор ГАЗ-21, а почти 500. При этом двигатель имел совершенно фантастические по тем временам характеристики: мощность 320 л.с. и крутящий момент более 800 Н•м при низких оборотах (60 об/мин). В требованиях также оговаривались полное исключение доступа под капот, отсутствие топливной системы и навесных агрегатов, и особо — наличие производительной системы охлаждения.
«Волга-Атом»
В апреле 1965 года машина выехала на испытательный полигон под Северском. По воспоминаниям принимавшего участие в разработке двигателя Валентина Семенова, которому удалось прокатиться за рулем автомобиля (или атомобиля?), ощущения были весьма необычными: машина была очень тяжелой, но мощность двигателя компенсировала повышенную массу. Разгон был бодрым, а вот с торможением дело обстояло хуже. И еще мотор сильно грелся, и в автомобиле, несмотря на сибирскую прохладную весну, было очень жарко. Проведенные испытания показали, что конструкция вполне рабочая, при этом реальный ресурс пробега составил более 60 000 км. Однако после этого весь силовой агрегат нужно было менять, а это очень хлопотно и расточительно для гражданской техники. Поэтому физики начали работу над второй версией двигателя — с газофазным топливом в виде гексафторида урана вместо твердого урана. Гексафторид одновременно служил и рабочим телом вместо гелия, который также доставлял в первой версии немало хлопот, улетучиваясь сквозь малейшие щели уплотнителей и даже сквозь стенки (для поддержания его уровня двигатель был оснащен баллоном с гелием и автоматической системой компенсации расхода). Правда, графитовый замедлитель пришлось сделать пористым, чтобы газ эффективнее перемешивался и в нем шла реакция деления. Новый двигатель был менее мощным (200 л.с., 600 Н•м), а пробег на одной загрузке топлива уменьшился примерно до 40 000 (по результатам испытаний). Зато для «заправки» теперь не требовалось менять весь двигатель, достаточно было закачать в цилиндры новый запас гексафторида урана. Изначально планировалось изготовить несколько опытных машин, чтобы демонстрировать их на выставках и катать почетных гостей. Однако, пока конструкторы разрабатывали двигатель и сам автомобиль, ситуация изменилась. Хрущев ушел с поста генсека, а у сменившего его Брежнева не было подобных амбиций. Так что проект без особого шума закрыли. А два опытных экземпляра автомобилей (без двигателей, которые были сняты для дезактивации и захоронения) долгое время стояли на полигоне, а потом были утилизированы. С ними ушел и безграничный и безрассудный энтузиазм той эпохи, в которой люди не боялись хватать атом за хвост. back-in-ussr.com
Ториевые двигатели
Торий содержится в основном в 12 минералах. Месторождения этих минералов известны в Австралии, Индии, Норвегии, США, Канаде, Южной Африке, Бразилии, Пакистане, Малайзии, Шри-Ланке, Киргизии и других странах. К чему мы о нем вспомнили? По всей видимости, это именно тот случай, когда давно пора было дать людям подобную технологию!
На сегодняшний день по дорогам планеты ездит более одного миллиарда автомобилей, которые прямо или косвенно стоят триллионы долларов в материальных ресурсах, времени и ядовитых выбросах. А теперь представьте, что все эти машины смогут работать абсолютно экологично в течение 100 лет всего лишь на 8 граммах топлива каждая. Торий — это шаг в новый энергетический век!
Американский изобретатель Лоуренс Кулесус в 2009 году на выставке автомобилей Chicago Auto Show смело выдвинул предложение использовать вместо обыкновенного горючего ядерное топливо. Изобретатель Чарльз Стивенс и инженеры компании Laser Power Systems (LPS) из Коннектикута подхватили идею, разработали концепцию ядерного двигателя и с успехом воплотили ее в жизнь. Новый концепт Cadillac получил название World Thorium Fuel или Cadillac WTF.
Компания Laser Power Systems (LPS) из Коннектикута разрабатывает новую двигательную систему, использующую торий, поскольку он имеет чрезвычайную плотность, благодаря которой способен производить невероятные объёмы тепла. Специалисты из LPS в настоящее время экспериментируют с небольшими кусочками материала, которые способны генерировать лазерный луч, нагревающий воду, генерирующий пар и вращающий мини-турбину.
Современные модели ториевых двигателей весят около 200 килограмм и легко умещаются под капотом обычного автомобиля. А по заключению экспертов, всего один грамм тория содержит больше энергии, чем 28 тысяч литров бензина и 8 грамм этого вещества будут питать обычный автомобиль в течение века.
Впервые торий выделен Й. Берцелиусом в 1828 году из минерала, позже получившего название торит (содержит силикат тория). Торий был назван его первооткрывателем по имени бога грома Тора в скандинавской мифологии.
Использование тория поможет существенно сократить выбросы углекислого газа, масштабы которых переходят уже все мыслимые границы.
Различные эксперты сходятся во мнении, что «источники энергии с малым или нулевым выбросом СО2 должны быть дешевле, чем уголь, или они провалятся в своей попытке заменить ископаемое топливо». Предполагаемая стоимость тория — 80 долларов за киллограм, а более 30% всех местарождений сосредоточены на территории Индии, Австралии и США. Торий может стать вдобавок и ответом на вопрос о мировой ядерной энергетике. Достаточно взглянуть на сухие факты:Торий производит от 10 до 10 тысяч раз меньше долгоживущих радиоактивных отходов;
Добыча тория даёт всего один чистый изотоп, в то время как смесь природных урановых изотопов требует обогащения для работы в большинстве обычных ядерных реакторов;
Торий не может поддерживать цепную ядерную реакцию без специальных кондиций, так что в случае необходимости его распад в реакторе прекращается автоматически.
Харгрейвс предсказывает также переход на торий фабрик и других промышленных концернов. И в самом ближайшем будущем мы можем увидеть это собственными глазами.
И еще один важный момент: производство топлива на основе тория – это атомная энергетика, и большая опасность состоит в том, что наверняка найдутся злые гении, которые смогут использовать такую разработку в качестве атомного оружия. Мы надеемся, что разработчики в полной мере осознают всю ответственность за свое детище и смогут полностью обезопасить ядерные двигатели, если такие автомобили станут доступны каждому жителю Земли.
bxoda.net
Ядерный автомобильный двигатель
Изобретение относится к области машиностроения, более конкретно - к новому типу автомобильного двигателя. Технический результат изобретения - замена в двигателе энергоносителя в виде нефтепродуктов на энергоноситель в виде изотопов легких элементов при сохранении основной структуры современного автомобиля. Ядерный автомобильный двигатель состоит из следующих частей: цилиндра, поршня, кривошипно-шатунного механизма, механизма синхронизации работы двигателя, ленты с коническими мишенями и бобинами, направляющих валиков, контакта включения лазера и источников электропитания. Для согласования работы частей двигателя применяется механизм синхронизации, включающий передачу из перпендикулярных шестерен, связанную с коленчатым валом, шток и червячную передачу, передвигающую каждую коническую мишень в положение напротив центра поршня. Ведущая шестерня перпендикулярных шестерен имеет через определенные интервалы участки с отсутствием зубцов, вследствие чего на этом участке ведомая шестерня не поворачивается, а лента, на которой укреплены конусы, останавливается. При прохождении указанного участка лазер генерирует импульс излучения, который, падая на коническую мишень, инициирует в вершине конуса сгусток плазмы, вылетающий из нее и падающий на поршень. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Предлагаемый ядерный автомобильный двигатель ЯАД относится к области машиностроения, более конкретно - к новому типу автомобильного двигателя.
Основная цель ЯАД - заменить энергоноситель современных автомобильных двигателей внутреннего сгорания ДВС, применяющий нефтепродукты, на энергоноситель в виде изотопов легких элементов, выделяющих внутриядерную энергию в результате термоядерного синтеза небольшой массы этих элементов. При этой замене сохраняется основная структура современного автомобиля. Необходимость указанной замены энергоносителя обусловлена полной выработкой ряда нефтяных месторождений через несколько десятков лет и стремлением ликвидировать загрязнение окружающей среды отработанными газами.
Предлагаемый ЯАД должен быть по массе и габаритам не больше ДВС и быть экологически безопасным.
Таким образом, прототипом ЯАД является современный двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр, поршень, кривошипно-шатунный механизм, механизм приготовления и поджига энергоносителя, системы охлаждения и смазки и др.
В ЯАД в качестве энергоносителя применяется изотоп гелия - газообразный гелий-3. Выделение внутриядерной энергии происходит в результате ядерной реакции синтеза:
Данная реакция осуществляется в вершине твердотельного конуса (коническая мишень) под воздействием импульса лазерного излучения. Коническая мишень заполняется гелием-3 при изготовлении и устанавливается в результате передвижения ее в положение напротив центра поршня. Указанное излучение, падая на основание конуса, вызывает испарение гелия, создание ударных волн, которые, отражаясь от стенок конуса, сжимают гелий-3 в вершине конуса и увеличивают температуру в нем до термоядерной 107 К.
За время действия лазерного импульса происходит инерциальный термоядерный синтез в режиме "лазерной искры" в малом объеме гелия-3 в вершине конуса. Для возбуждения режима "лазерной искры" требуется значительно меньше энергии лазера, чем для возбуждения режима зажигания сферической мишени.
Таким образом, в вершине конуса образуется под действием "лазерной искры" сжатая плазма, которая прожигает вершину оболочки конуса, вылетает в виде сгустка наружу и падает на поршень. Образование сгустка плазмы и вылет его из вершины конуса подтверждено экспериментально и рассмотрено в ряде научных публикаций. Например, в статье "Импульсное сжатие и нагрев газа в конической мишени". Труды Института общей физики РАН №36, Москва, Наука, 1992 (стр. 19, 41). В режиме "лазерной искры" скорость вылета сгустка плазмы 107 см/с, температура сгустка 103°С.
В ЯАД вылетевший с большой скоростью сгусток плазмы ударяется о верхнюю плоскость поршня и заставляет ее передвигаться. В ЯАД конические мишени укрепляются на эластичной перфорированной ленте, передвигаемой синхронно с поворотом коленчатого вала (см. ниже).
Конструкция ядерного автомобильного двигателя приведена на чертеже, на котором части ЯАД обозначены в соответствии с нижеследующим перечнем.
Ядерный автомобильный двигатель состоит из следующих частей:
1. Цилиндр.
2. Поршень.
3. Кривошипно-шатунный механизм.
4. Коленчатый вал.
5. Механизм синхронизации работы двигателя.
6. Лента с коническими мишенями и бобинами.
7. Направляющие валики.
8. Лазерное устройство.
9. Контакт включения лазера.
10. Источники электропитания.
Части 1-4 служат, как и в любом автомобильном двигателе, для преобразования прямолинейного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. В ЯАД прямолинейное движение поршня происходит под действием сгустка плазмы с температурой 103°С. Поэтому верхнее основание поршня покрыто пластинкой из тугоплавкого материала.
Механизм синхронизации работы двигателя 5 служит для согласования вылета сгустка плазмы с установкой очередного конуса ленты напротив центра основания поршня и нахождением поршня в верхнем положении. Указанный механизм состоит из передачи перпендикулярных шестерен 5.1, штока 5.2, червячной передачи 5.3, которая передвигает ленту на фиксированный шаг.
Рассмотрим цикл работы механизма синхронизации. Ведущая шестерня пары 5.1 имеет через определенный интервал участки с отсутствием зубцов, вследствие чего на этих участках ведомая шестерня пары 5.1 не поворачивается. К моменту начала отсутствия сцепления лента передвигается в положение, когда очередной конус располагается напротив центра поршня. При прохождении каждого из указанных участков срабатывает контакт включения лазера 9, укрепленный на штоке 5.2. При этом лазер генерирует импульс колебаний и создает лазерный луч, который падает на основание конуса и инициирует сгусток плазмы, вылетающий в направлении поршня. После прохождения указанного участка ведущая шестерня пары 5.1 вновь входит в зацепление с ведомой, и передвигается лента. Каждый раз в момент остановки ленты поршень находится в верхнем положении. Таким образом, указанные участки задают циклы работы двигателя.
Лента с коническими мишенями 6 служит для крепления конусов и установки очередного конуса напротив центра поршня. Лента по краям перфорирована и передвигается при вращении шестерни червячной передачи. Лента из легкого металла эластична и свертывается в бобины (ведущая и ведомая бобина). Передвижение ленты подобно передвижению фотопленки в фотоаппарате. По использованию всех конусов ленты бобины заменяются вручную на новые. Дальность пробега автомобиля без замены бобин зависит от количества конусов в ленте и, следовательно, от диаметра бобин. При применяемых в настоящее время размерах автомобиля бобины рассчитываются на пробег в 1000 км. Ширина ленты 36 мм, толщина ленты 2 мм. Размеры конуса: диаметр основания 3 мм, угол при вершине конуса - 60° . Ядерное вещество - гелий-3 содержится в полимерном конусе, который вклеивается в конус материала ленты.
Направляющие валики 7 служат для фиксации направления движения ленты. Они по краям содержат зубцы, которые входят в перфорационные отверстия ленты, и поворачиваются при движении ленты.
Лазерное устройство 8 служит для создания импульса излучения, который после концентрации фокусирующей линзой и отражения от зеркала, расположенного под углом 45° к оси цилиндра, падает на основание очередного конуса ленты. В качестве лазерного устройства в ЯАД применяется решетка импульсных полупроводниковых инжекционных лазеров как имеющая малые габариты и сравнительно большой КПД. Накачка лазеров решетки производится импульсом тока параллельно для всех лазеров.
Для возбуждения режима "лазерной искры" в конической мишени требуется энергия в импульсе порядка 40 кДж. В настоящее время отечественной промышленностью (завод "Восход", г. Калуга) выпускаются импульсные полупроводниковые лазеры с непрерывной (средней) мощностью 100 Вт (с охлаждением). Импульсный режим: длительность импульса - 1 мс, частота повторения импульсов - до 100 Гц (период 0,01 с). Отсюда мощность в импульсе равна 100-0,01/103=1000 Вт, энергия в импульсе 1000/103=106 Дж.
Контакт включения лазера 9 служит для создания импульса напряжения, подаваемого на блок накачки лазеров в момент остановки штока 5.2. Этот контакт укреплен на штоке 5.2 и представляет собой электромеханический механизм. Начальный импульс включения лазера при запуске двигателя подается с помощью кнопки на передней панели автомобиля.
Источники электропитания 10 обеспечивают электроэнергией лазерное устройство и представляют собой малогабаритные кадмий-литиевые или литиево-сульфидные элементы с напряжением 1,5 В.
Двигатель имеет систему охлаждения и смазки подобно двигателям внутреннего сгорания. Так как в ЯАД происходят микровзрывы, то ЯАД устанавливается на амортизаторах.
Выше был рассмотрен одноцилиндровый двигатель.
Для увеличения мощности двигателя количество цилиндров может быть увеличено до 4-6.
В автомобиле с ЯАД все передачи от коленчатого вала к ведущим колесам, рулевое и тормозное управление и др. не изменяются по сравнению с автомобилем с ДВС. Лазерное устройство устанавливается на месте карбюратора и других устраняемых частей. Поэтому основная структура (архитектура) современного автомобиля сохраняется.
Регулировка скорости автомобиля в автомобиле с ЯАД более быстрая и глубокая по сравнению с автомобилем с ДВС, так как в автомобиле с ЯАД она производится, кроме коробки передач, изменением частоты и мощности лазерных импульсов в некоторых пределах и, следовательно, частоты и скорости сгустков плазмы, падающих на цилиндр. Изменение мощности лазерных импульсов осуществляется сравнительно легко изменением тока накачки лазера.
Рассмотрим работу ядерного автомобильного двигателя в динамике. Включение двигателя производится нажатием кнопки на передней панели автомобиля. При этом подается импульс напряжения на блок накачки лазерного устройства и совершается первый цикл работы двигателя. В результате этого цикла устанавливается ближайший конус ленты напротив центра поршня, цилиндр приближается к верхнему положению, срабатывает контакт включения лазера на следующий цикл. При этом на блок накачки лазерного устройства подается импульс напряжения. Блок накачки создает импульс тока, который протекает через все лазеры решетки. При накачке лазерное устройство генерирует импульс излучения с длиной волны 0,8-1,0 мкм. Это излучение с помощью фокусирующей линзы концентрируется в лазерный луч с пятном диаметром 1-2 мм на основании очередного конуса ленты. При этом лазерный луч с помощью зеркальной пластинки, установленной под углом 45° к оси цилиндра, изменяет свое направление и падает на основание конуса. При падении лазерного луча испаряется гелий-3, образуются ударные волны, которые, отражаясь от стенок конуса, сходятся в вершине, нагревают и сжимают в ней гелий-3. В вершине конуса повышается температура до 107 К, и происходит термоядерный синтез в режиме "лазерной искры". При этом образуется сгусток плазмы, который прожигает оболочку конуса, вылетает наружу и падает на верхнюю плоскость поршня. Вследствие этого поршень передвигается в прямолинейном направлении. Это передвижение поршня с помощью кривошипнно-шатунного механизма преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Указанное вращение через шестерни 5.1, шток 5.2, червячную передачу 5.3 заставляет передвигаться ленту с конусами. При этом поршень, пройдя нижнее положение по инерции, поднимается в верхнее положение, выталкивая из цилиндра через отверстие продукты прошедшей термоядерной реакции. Как только ведущая шестерня пары 5.1 повернется на участок с отсутствием зубцов, останавливаются ведомая шестерня 5.1, шток 5.2, передача 5.3 и останавливается лента. При остановке штока срабатывает контакт включения лазера на следующий цикл и совершается следующий цикл аналогично предыдущему.
Основное достоинство ядерного автомобильного двигателя - это применение нового энергоносителя - газа гелия-3 вместо энергоносителей на нефтепродуктах экологически безопасным образом при сохранении структуры современного автомобиля. Следует отметить, что изотоп гелий-3 в натуральном виде мало распространен в природе. Но его можно выделить из смеси изотопов гелий-4 и гелий-3, добываемых в ряде газоконденсатных месторождений России, с помощью масс-спектрометрических методов. Кроме того, гелий-3 в большом проценте содержится в лунной пыли.
Организация ее добычи на Луне и доставки на Землю в количестве, достаточном для обеспечения существующего автомобильного парка, вполне выполнима средствами отечественной космической техники.
В качестве энергоносителя в ЯАД может быть применена и смесь дейтерия с тритием, но при этом возникают трудности с обеспечением экологической безопасности процесса в связи с образованием нейтронов в результате термоядерной реакции.
Предлагаемый ЯАД позволяет создать значительно более мощные автомобили и со значительно более быстрой и глубокой регулировкой скорости движения автомобиля.
1. Ядерный автомобильный двигатель, содержащий цилиндр, поршень, кривошипно-шатунный механизм и другие части, отличающийся тем, что он снабжен конической мишенью, заполненной энергоносителем в виде изотопов легких элементов при ее изготовлении и устанавливаемой в результате перемещения в положение напротив центра поршня, с возможностью падения на верхнюю плоскость поршня сгустка плазмы, вылетающей из вершины конуса при воздействии импульсом лазерного излучения на основание конуса мишени.
2. Ядерный автомобильный двигатель по п.1, отличающийся тем, что для перемещения мишени использован механизм, включающий передачу перпендикулярных шестерен, связанную с коленчатым валом, шток и червячную передачу, причем ведущая шестерня передачи перпендикулярных шестерен имеет через определенные интервалы участки без зубьев для задания цикла работы автомобиля.
www.findpatent.ru
Ядерное топливо для автомобиля — фантастическая идея
Ядерное топливо, появившееся в 1950-х годах открыло захватывающие перспективы в получении нового вида энергии. Атомщики обещали производить чистое, безопасное электричество, которое будет очень дешево. Казалось, что ядерная энергия сможет без проблем решить энергетический вопрос любого масштаба.
Первый атомный автомобиль
Именно в это время в 1957 году компания Форд представила самый амбициозный проект в истории своего существования: концептуальный атомный автомобиль футуристического дизайна, с обтекаемым гладким корпусом. Автомобиль не выбрасывал в атмосферу вредных испарений, имел внушительный пробег до заправки и был вне досягаемости для самых экономичных машин того времени. Этот автомобиль будущего получил название Форд Нуклон (Ford Nucleon) благодаря уникальной конструкции и реактору, который находился на месте багажного отделения.
Перспективы атомного автомобиля
Инженеры Форд представляли себе мир, в котором топливные АЗС полностью вытеснят зарядные станции полного обслуживания, где отработанное топливо будет моментально заменяться новым. Капсула с ядерным реактором и топливом, установленная в задней части автомобиля планировалась такой же, как на подводной лодке, с той лишь разницей, что конструкция была меньше по размеру. В реакторе происходило деление ядер урана для нагрева парогенератора и быстрого превращения воды в пар высокого давления, который должен был использоваться для вращения лопастей турбины.
Прототип Ford Nucleon (вид слева)
Турбина должна была передавать крутящий момент на колеса автомобиля и вращать электрогенератор. Затем пар будет конденсироваться в контуре охлаждения обратно в воду, и отправляться для повторного использования. Такая система позволит реактору вырабатывать энергию, пока не расщепится весь радиоактивный материал.
Ядерный двигатель и конструкция автомобиля
Учитывая особенности конструкции ядерного двигателя, инженеры предположили, что Нуклон сможет проехать на одной зарядке 5000—8000 км. Так как источник питания будет заменяемым, владельцы транспортного средства могут свободно выбирать конфигурацию реактора исходя из своих потребностей. Например, со слабообогащенным ураном для получения небольшого крутящего момента до высокообогащенного – для увеличения пробега до заправки. Кроме того в машине не будет шума и токсичных выхлопов, как от двигателей внутреннего сгорания обычных автомобилей. Перемещаться Нуклон будет относительно тихо, разве что турбина будет немного «подвывать».
Аэродинамический дизайн прототипа транспортного средства, цельное лобовое стекло, и два хвостовых киля (отсутствующие в некоторых моделях) напоминают космический корабль из научной фантастики 1950-х годов. Однако некоторые части машины имели практичный дизайн. Например, кабина с пассажиром была расположена очень близко к передней части автомобиля и выступала за передний мост. Такое решение позволяло расположить водителя и пассажиров на максимальном отдалении от реактора для защиты от радиоактивного облучения, к тому же способствовало более равномерному распределению нагрузки на оси автомобиля. Еще одно практичное решение заключалось в добавлении воздухозаборников у передней кромки крыши и основания кабины. По-видимому, такая конструкция являлась частью системы охлаждения реактора.
Прототип Ford Nucleon с хвостовым килем
Ядерный автомобиль был воплощением наивного оптимизма эпохи. Большинство людей были осведомлены об опасности радиоактивного излучения и понимали, что любая незначительная авария может стать причиной радиоактивной катастрофы. По сути, сам проект Нуклон был интересен и воспринят с большим энтузиазмом. Предполагается, что даже правительство США спонсировало программу Форда.
Бесшумный, обтекаемый и эффектный прототип Нуклона был готов, чтобы занять почетное место в будущем. Казалось, что бензиновый двигатель постепенно исчезнет в безызвестность, превратившись в причудливый пережиток начала атомного века. Дизайн Нуклона предполагал, что вскоре будут разработаны небольшие ядерные реакторы и легкие защитные материалы.
Закат атомного автомобилестроения
Когда стало понятно, что нововведений в ближайшее время не появиться, проект закрыли ввиду громоздкости машины и тяжелого свинцового защитного экрана, не позволяющих выйти на необходимый уровень безопасности и экономичности. Попутно широкая общественность все больше осведомлялась об опасности атомной энергии и проблеме складирования ядерных отходов и перспектива наличия атомных автомобилей в городе потеряла свою привлекательность. Так закончились «медовые годы» атомного автомобилестроения.
Ford Nucleon (вид сзади)
Форд так и не выпустил рабочий прототип. Тем не менее, Нуклон остается иконой атомного века. Несмотря на недостатки в конструкции машины дизайнеры заслуживают благодарность за их смекалку. Их безрассудный оптимизм показывает, что нельзя считать задачу невозможной только по тому, что за нее никто не брался – некоторые идеи должны быть проверены на собственном опыте, а мифы развенчаны.
В связи с надвигающимся в будущем энергетическим кризисом и плавным переходом на альтернативные источники энергии о концепции атомного двигателя для автомобиля, к сожалению или счастью ничего не слышно. Атом не может быть полностью безопасен, что неоднократно подтверждалось катастрофами. Но кто знает, может быть, однажды ископаемое топливо кончится, и на дорогах будут ездить много маленьких «Чернобылей» с паровыми турбинами.
blog-mycar.ru
8 грамм тория на миллионы километров
Технологии Американская компания собирается выпустить первый в мире автомобиль на ядерной энергии в ближайшие два года.
По словам директора Laser Power Systems, Чарльза Стевенса (Charles Stevens), всего одного грамма тория достаточно, чтобы заменить более 28 000 литров нефтепродукта.
Чтобы автомобиль проработал без дозаправки всю жизнь, ему понадобится лишь 8 грамм тория, считает Стивенс.
Торий
На данный момент фирма Laser Power Systems, с главным офисом в Коннектикуте, работает над новым двигателем, который будет использовать торий - тяжёлый слаборадиоактивный металл - чтобы создавать электричество для мотора.
Этот металл используется в области атомной энергии, а также применяется в металлургии. Он способен производить огромное количество тепла, будучи плотным материалом, схожим с ураном.
Ядерное топливо
В одном из интервью он объяснил принцип работы: небольшие частицы тория использовались для выработки тепла - был создан ториевый лазер и несколько подобных лазеров нагревали воду для получения пара, чтобы привести в действие серию мини-турбин.
Стивенс говорил, что двигатель с весом примерно 227 кг будет достаточно легок и компактен, чтобы уместится под капотом обычного автомобиля.
Все же, если бы все было так просто, то нефтепродукты уже бы канули в лету. По словам Стивенса, разработка работающих компактных турбин и генераторов намного сложнее, чем создание ториевого лазера.
На данном этапе команда из 40 рабочих во главе со Стивенсом пытается ответить на вопрос, как эффективнее совместить лазеры, турбины и генераторы. Если задумка удастся, то, по их мнению, автомобили с ториевым двигателем смогут покрывать расстояния в миллионы километров.
"Машина состарится раньше, чем мотор. Не будет ни нефтепродуктов, ни выхлопных газов - ничего" - говорит Стивенс.
Если торий станет главным источником энергии, то Австралия станет глобальным энергетическим гигантом. По данным Геологической службы США (US Geological Survey), в Австралии второе по объему месторождение тория на Земле - около 333 690 тонн (примерно 1/4 всех запасов тория на планете). Кроме Австралии, большое количество тория находится в США и Индии.
Автомобили и атомная энергия
-
В 1950-е Форд разработал концепт-кар под названием Ford Nucleon. Этот автомобиль на атомной энергии был разработан, по словам Форда, на основе предположения, что в будущем атомные реакторы станут компактнее, безопаснее и легче.
В основе дизайна была энергетическая капсула, которая находилась в задней части автомобиля. Форд предполагал, что зарядные станции заменят бензоколонки, а проехать без подзарядки можно будет более 8 000 км.
Сегодня можно задуматься, почему же до сих пор на дорогах не разъезжают автомобили на атомной энергии, ведь в мире уже существуют атомные электростанции, подлодки и авианосцы. Во время холодной войны СССР и США использовали небольшие реакторы для снабжения энергией спутников.
Ученые могли бы создать миниатюрную атомную станцию и вставить ее в автомобиль. Но не так все просто.
Использование автомобиля на атомной энергии
Возможно главная причина, по которой у нас улицы не забиты автомобилями с атомным двигателем это радиоактивность. Такие машины нуждались бы в соответствующей защите, иначе не только водитель, но и окружающие люди могли бы пострадать.
Если использовать всю необходимую защиту, то автомобиль был бы невероятно тяжелым, возможно даже настолько, что он не смог бы сдвинутся с места.
Также подобные автомобили могут быть использованы во вред людям, например, как опасное радиоактивное оружие.
В конце концов, энергетическим компаниям, автомобильным концернам и правительствам придется тесно сотрудничать, чтобы создать нужную инфраструктуру.
Им также придется установить стандартизированный процесс избавления от использованного энергопродукта, у которого еще сотни лет будет высокий уровень радиации.
Перевод: Филипенко Д. С.
www.infoniac.ru
