СЕДОВ-100

Multibubble & Single Bublle SONOLUMINESCENCE
MBSL
SBSL

Дейтерий
+
+
50%
СИНТЕЗ ЯДЕР ДЕТЕРИЯ
Дейтерий

THE START
1. R. Nigmatulin, R. Lahey (Jr) «Perspective of Bubble Fusion» Nuclear Reactor Thermohydrolics (NURETH-7), Invited Plenary Lecture, Saratoga-Springs, New-York, USA, 1995)
2. R. Nigmatulin, «Gas Dynamics of Sonoluminescence» NATO ASI on Sonochemistry and Sonofusion (Invited Lecture, Seattle, Washington, USA, 1997);

THE TEAM
Oak Ridge National Laboratory, TN, USA
Purdue University, W. Lafayette, IN, USA
R.P. Taleyarkhan, C.D. West, J.S. Cho, Y. Xu
Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, NY, USA
R. T. Lahey (Jr), R.C. Block
Российская академия наук, Россия
Р.И. Нигматулин, И.Ш. Ахатов, Р.Х. Болотнова, Н.К. Вахитова, A.С. Топольников

КУМУЛЯТИВНОЕ СХОЖДЕНИЕ СФЕРИЧЕСКОЙ УДАРНОЙ ВОЛНЫ
(«микроводородная бомба»)
Инициирование сферической ударной волны на сходящейся межфазной границе
Фокусировка сферической волны в центре пузырька
Сферическая волна после отражения от центра пузырька
Автомодельная кумуляция сферической и цилиндрической ударной волны из бесконечности
Guderley, 1942;
Ландау и Станюкович, 1955;
Нигматулин, 1967 (детонационноая волна)
Хабиров С.В. 2007

ГАЗ В ПУЗЫРЬКЕ: КОНДЕНСИРУЮЩИЙСЯ ПАР (ПАРОВАЯ КАВИТАЦИЯ)
- Минимизировать торможение жидкости - Достичь большей кинетической энергии жидкости
ХОЛОДНАЯ ЖИДКОСТЬ
– Более интенсивная конденсация
ЖИДКОСТЬ С ТЯЖЕЛЫМИ МОЛЕКУЛАМИ (ОРГАНИКА)
- Низкая скорость звука в паре ( , где μ - молекулярный вес)
- Большие значения коэффициента конденсации (аккомодации)
( α ≅ 1, вместо α ≅ 0. 04 для воды)
- Высокая кавитационная прочность жидкости
УСИЛИТЬ АКУСТИЧЕСКУЮ ВОЛНУ (ΔpI ~ 15-20 bar)
КЛАСТЕР ПУЗЫРЬКОВ
КАК УСИЛИТЬ СВЕРХСЖАТИЕ ?

Кинетическая энергия сходящейся жидкости вокруг пузырька
Кинетическая энергия K в 105 раз больше, чем в однопузырьковой сонолюминесценции
ШАНС: Tmax ~ 108 K
НО: Обеспечить сферичность схлопывающегося пузырька!!!

Фотографии осциллирующих пузырьков
Сферичность –
- Сонолюминесценция
Несферичность -
- Нет сонолюминесценции

PEER REVIEWED PAPERS
Taleyarkhan, R., West, C., Cho, J.S., Lahey (Jr.) R., Nigmatulin, R., Block, R., Evidence for Nuclear Emissions during Acoustic Cavitation, Science, Vol. 295, pp. 1868-1873, 8 March 2002.
Taleyarkhan, R., West, C., Cho, J.S., Lahey (Jr.) R.T., Nigmatulin, R., Block, R., Additional Evidence of Nuclear Emissions during Acoustic Cavitation, Physical Review E, Vol. 69, p.0361091, March, 2004.
Nigmatulin, R., Akhatov, I., Topolnikov, A., Bolotnova, R., Vakhitova, N, Lahey, (Jr.) R., Taleyarkhan R. The Theory of Supercompression of Vapor Bubbles and Nano-Scale Thermonuclear Fusion, Physics of Fluids, Vol. 17, 107106, 1-31, 2005.
Nigmatulin, R. I., Nano-Scale Thermonuclear Fusion in Imploding Vapor Bubbles, Nuclear Engineering and Design, 235, 2005, 1079-1091.
Taleyarkhan, R., Block, R., Lahey (Jr.) R., R. I. Nigmatulin, and Y. Xu, Nuclear Emissions During Self-Nucleated Cavitation, Physics Review Letters, 96, 034301, 2006.
Taleyarkhan, R., West, C., Lahey (Jr.) R.T., Nigmatulin, R.I., Block, R., Y. Xu, Reply on Naranjo Comment, Physical Review Letters, Vol. 97, LQK1005, 2006.
R. Taleyarkhan, R., West, C., Lahey (Jr.) R.T., Nigmatulin, R.I., Block, R., Y. Xu, Reply on Lipson Comment, Physical Review Letters, Vol. 97, LQK1028, 2006.
and 10 other papers

Y. Xu & A. Butt, Confirmatory experiments for nuclear emissions during acoustic cavitation, Nuclear Engineering and Design, 2005
CLUSTER of Microbubbles: Formation and Evolution
Spherical Cluster
d ≈ 1 cm
Comet like streamers
Duration ~ 50 ms
Acetone,
T0 = 4°C, p0 = 16.7 kPa
Δp = ±17 bars,
No strong Shocks on the Glass Wall
Loosing of Spherical Shape and Last Neutron emissions

Первое приближение для описания пузырьков в кластере
R
r′
r
r′ - Лагранжева координата для двухфазного континуума в кластере
r – Эйлерова радиальная микро-координата для пробного пузырька
x(r, t) – Эйлерова радиальная координата для двухфазного континуума
ρ0 = ρ(1 - αG), ϕ1 = 4.5 αG
Р.И. Нигматулин “Динамика многфазных сред”, Москва, Наука, 1987
R. Nigmatulin, et al. The Theory of Supercompression of Vapor Bubbles and Nano-Scale Thermonuclear Fusion, Physics of Fluids, Vol. 17, 107106, 1-31, 2005.

Газ
Жидкость
a(t)
Mасса
Импульс
Энергия
Второе приближение для пробного пузырька

ДИССОЦИАЦИЯ
1. C3D6O = 3D2 + O2 + 3C + Qmol
Qmol = 3.48 ×106 J/kg, Molecular Weight = 64
2. D2 = D + D + QD, QD = 111.0×106 J/kg
3. O2 = O + O + QO, QO = 15.6 ×106 J/kg
C3D6O = 6D + O + 3C + Qdis
Qdis = Qmol + QD + QO = 28.2 ×106 J/kg
γG = 1.125 (vapor) → γ = 1.667 (mono-atomic gas)

ИОНИЗАЦИЯ ДИССОЦИИРОВАННОГО ГАЗА
Tk = 11 – 800 eV
k = d, 0; C1, C2, C3, C4, C5, C6; D1; O1, O2, O3, O4, O5, O6, O7, O8.
Qion = 7.66 ×109 J/kg
Z = 15 number of electron levels

КИНЕТИКА ТЕРМОЯДЕРНОГО СИНТЕЗА
0
1
2
-
2
-
0
3
3
-
3
6
0
1
1
1
1
6
8
9
1
T
-
-
- averaged product of the cross section times the deuterons thermal velocity (reactivity)

a,μm
500
t, μs
Tg=Tg(t, r)
pg=pg(t)
Теплопроводный,
гомобарический газ
(M < 10 -1)
Tg=Tg(t, r)
pg=pg(t, r)
M ~ 1
30
Однопузырьковая сонолюминесценция
Пузырьковый термояд
РАЗЛИЧНЫЕ СТАДИИ РАСШИРЕНИЯ И СЖАТИЯ ПУЗЫРЬКА
Режим с малым числом Маха (M << 1) ⇒ ур-е Рэлея + ур-е теплопроводности
Режим с умеренным и большим числом Маха (M ~ 1, and M >> 1) ⇒ Газодинамический код

0
20
40
60
80
100
0
20
40
60
80
100
0
20
40
60
80
0
0
20
40
60
80
1
0
1
0
1
0
4
3
2
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
1
0
8
7
1
0
1
0
1
0
1
0
9
8
7
6
1
0
9
r
*
25
24
25
22
21
w, km/s
TG, K
23
pG, bar
ρG, kg/m3
200
−400
−800
−1200
t21 = t* - 0.11 ps,
t22 = t* - 0.06 ps,
t23 = t* - 0.02 ps,
t24 = t* - 0.01 ps,
t25 = t*.
r, nm
r, nm
r, nm
r, nm
Пространственные распределения для субпикосекундной термоядерной стадии
D ≈ 1000 km/s

Sh
Sh
Sh
ρ(4)
ρmax
ρad
- 0.5
0.5
0
t - t*, ps
ρ*, kg/m3
p*, bar
T *, K
108
106
104
ρSh
ρ0
ρmin
109
106
103
100
104
103
102
101
100
- 30
0
t - t*, 106 ps
- 10
- 40
- 20
0
t - t*, 106 ps
- 10
- 40
- 20
- 30
- 30
10-1
pmin
pmax
Tmax
t - t*, ps
-1
0
-0.5
0.5
Обострение
Эволюция плотности, давления и температуры там, где происходит максимальное производство нейтронов( r = r*).

.
r
*
Nr , nm-1
0.04
0.08
0.12
0
20
40
60
80
r, nm
r* = 27 nm – радиус, где максимальное производство нейтронов
rF ≈ 60 nm – радиус термоядерного ядра
THERMO-NUCLEAR CORE
СВЕРТКА: (∞ × 0)

ПАРАДОКСЫ
Эффект ХОЛОДНОЙ жидкости
КОЛЛЕКТИВНЫЙ эффект КЛАСТЕРА пузырьков
НЕДИССОЦИАЦИЯ жидкости
“ХОЛОДНЫЕ ” электроны
ЗАОСТРЕНИЕ:
Размер разностной сетки для термоядерного ядра
Δr ~ 0.1 нм << a* ~ 10 нм << a ~ 10 000 нм = 10 мкм
УСТОЙЧИВОСТЬ СФЕРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ

RESULTS OF ANALYSIS
Density: 10-20 g/cm3
Temperature: 108 K = 10 KeV
Pressure: 1011 bar = 102 Gbar
Velocity: 1000 km/s
Duration: 10−13 – 10-12 s = 10 −1 – 1 ps
Radius of the Thermonuclear Core: 100 nm
Number of Ions in the Thermonuclear
Core: 2 × 109
Production of the Fast Neutrons and Tritium nucleus
105 - 106 s-1
Density: 10 g/cm3
Temperature: 106 K
Pressure: 3×108 bar
Velocity: 10 km/s
Bubble Fusion (Ufa Branch of RAS
+ORNL+RPI)
Sonoluminescence
(Livermore)
Duration: 10 ps
Radius of the Т = 106 К core: 1- 3 nm
Number of Ions in the Core:
2 × 105
t ω ~ 50 μs → 1 year
t(M ~1) ~ 300 ns → 2 days
t(Dis, Ion) ~ 2 ns → 20 min
δtFusion ~ 0.2 ps → 0.1 s