Техника - молодёжи 2006-02, страница 48
46 2006 №02 ТМ СМЕЛЫЕ ПРОЕКТЫ Возможная форма таких электрических сигналов, вызывающих колебания стенок излучателя, представлена на рис. 3. Период биполярного импульса, вызывающего один цикл работы излучателя (один акт порождения и схлопывания ка-витационной полости в центре симметрии излучателя), состоит из трех этапов: ti + t2 + t3. Вначале каждого периода колебаний передний фронт А-В биполярного импульса тока вызывает резкое радиальное растяжение стенок излучателя в течение времени ti, достаточного для того, чтобы волна пониженного давления а (рис. 4) успела распространиться со скоростью V1, близкой к обычной скорости звука (для данной жидкости) от стенок к центру симметрии излучателя и сформировать в нем кавита-ционную полость ещё до того, как туда подойдет волна повышенного давления. (При этом из-за радиального растяжения происходит упругая деформация стенок излучателя и в них запасается энергия.) По прошествии промежутка времени ti полярность электрического тока меняется (фронт C-D), и стенки излучателя подвергают резкому радиальному обжатию в течение времени t2, несколько меньшего ранее затраченного на распространение бегущей волны пониженного давления (т.е. ti больше, чем t2). При этом высвобождается энергия, которая ранее была затрачена на совершение упругой деформации радиального растяжения стенок излучателя, а кроме того, из-за изменения направления тока мы ещё и подпираем стенки излучателя электромагнитным полем. В результате возникает волна повышенного давления Ь, распространяющаяся с постепенно нарастающей скоростью от стенок к центру симметрии излучателя. На рис. 5 изображено одновременное распространение волны разряжения а и волны повышенного давления b в направлении центра симметрии излучателя. При подходе к геометрическому центру излучателя скорость распространения волны повышенного давления может существенно превысить скорость звука в данной жидкости — волна повышенного давления перерождается в ударную волну (рис. 6 — в центре симметрии излучателя имеется кавита-ционная полость, окруженная со всех сторон набегающей волной повышенного давления). Далее в электрическом сигнале, применяемом для возбуждения колебаний стенок излучателя, следует резкий спад электрического тока, и в цикле работы излучателя следует самый продолжительный этап t3. В течение этого времени в излучателе должны прекратиться звуковые колебания, вызванные ядерным микровзрывом, или же амплитуда этих колебаний должна стать настолько малой, чтобы они уже не могли препятствовать повторению рабочего цикла. По окончании t3 весь процесс возбуждения колебаний стенок излучателя многократно повторяется. Такой способ возбуждения колебаний стенок излучателя обладает значительным преимуществом по сравнению с возбуждением синусоидальным сигналом или прямоугольным меандром. Энергия схлопывания пузырьков может оказаться во много раз больше. Это объясняется тем, что передний фронт волны сжатия, подпираемый последующими слоями жидкости, по мере приближения к оси цилиндра (сфера) может приобрести скорость, существенно большую, чем скорость распространения звука для данной жидкости (это явление обусловлено тем, что давление в волне сжатия будет очень сильно нарастать по мере её движения к геометрической оси цилиндрического излучателя). При больших давлениях меняются упругие свойства жидкости — возрастает сила отталкивания между молекулами. Кинетическая энергия, распределенная по всей массе жидкости, заключенной в полости цилиндрического излучателя будет передана небольшому слою жидкости, окружающему пузырьки квазивакуума, возникшие на оси цилиндрического излучателя. На рис. 9 показано распределение значений давления в цилиндрическом излучателе за миг до схлопывания пузырьков. Высота гребней b несколько превышает границу, определенную гиперболой. Таким образом, почти вся энергия колебаний стенок излучателя сфокусируется в очень малом объёме. При таких условиях энергия схлопывания пузырьков окажется существенно больше, что во много раз повышает вероятность протекания ядерных реакций. Учтем, что скорость распространения волны пониженного давления будет иметь скорость, близкую к обычной скорости звука, в то время как волна сжатия будет иметь скорость, существенно большую. Поэтому длительность этапа ti надо подбирать так, чтобы волна повышенного давления не нагоняла и не разрушала бы волну разряжения до того, как в центре симметрии не успели образоваться пузырьки квазивакуума. Причем нет необходимости ждать завершения этапа t3, когда звуковые колебания, вызванные ядерным микровзрывом, самостоятельно прекратятся в излучателе. Упорядоченная по своей структуре обратная звуковая волна легко может быть применена для генерации электроэнергии непосредственно стенками излучателя, путем использования обратного пьезоэф-фекта или явления электромагнитной индукции. Этим самым мы, во-первых, вырабатываем электроэнергию, во-вторых, уменьшаем длительность t3. И повышаем общую эффективность работы источника ядерной энергии — увеличиваем за счет уменьшения t3 частоту следования актов порождения-схлопывания кавитационных полостей, максимально приближая её к частоте синусоидального сигнала. Обратите внимание, что на диаграмме рис. 3, у положительного электрического выброса, ответственного за формирование в излучателях волны повышенного давления, передний фронт C-D — крутой. Это не случайно. Ведь схлопы-вание кавитационных полостей осуществляется им, и чем он будет круче, тем интенсивнее протекает явление сонолюминесценции. Поэ 3 |
