О возможности получения энергии при электрических разрядах

В работе И.В. Курчатова [1] указаны два направления проведения термоядерных реакций: стационарные и импульсные. Теоретически было предположено, что при импульсных разрядах в дейтерии с токами более 300 кА может появиться нейтронное излучение термоядерного происхождения.

Экспериментально было исследовано действие электрического разряда на газы: водород, дейтерий, гелий, аргон, ксенон и их смеси. Во время разряда измерялись нейтронный поток и уровень рентгеновского излучения. Обнаружено, что при разряде в дейтерии возникают нейтронный импульс и синхронно с ним жесткое рентгеновское излучение с энергией 300...400 кэВ. В плазме разряда, по оценке автора, температура достигает 106оС.

Из различных работ, которые описывают установки для получения энергии в электрическом разряде, следует отметить работы А.В. Вачаева и Н.И. Иванова [2, 3, 4, 5]. В работе [2] используется разряд постоянного тока, в [4] - переменного, в [5] - оба вида токов. Гидравлические и электрические схемы установки, работающей на переменном и постоянном токах приведены в [5]. В работе [4] приведены энергетические характеристики установки на переменном токе.

В работах [б, 7] описан способ генерирования и конструкция генератора нейтронных импульсов. Суть способа заключается в том, что на разрядную камеру с плазменным фокусом, которая заполнена дейтерием или смесью дейтерий-тритий подаётся ионизирующий токовый импульс 100-500 А длительностью 20-100 нс. Далее с задержкой 30150 нс подаётся основной высоковольтный импульс (25 кВ, 500 кА), после чего возникает импульс нейтронного излучения с выходом более 10й нейтронов в импульсе в зависимости от условий разряда и конструкции камеры. Это означает, что в камере происходит реакция ядерного синтеза с выделением нейтронов и энергии. Реальность существования и работоспособности этого устройства подтверждается предложением продажи нейтронных генераторов различных типов, производимых ВНИИА им. Духова [8].

По вышеизложенному и целому ряду других источников можно сделать однозначный вывод: существует экспериментально подтвержденная в различных научных организациях возможность получения дополнительной энергии в электрическом разряде.

Для проверки возможности создания нового источника электрической энергии на основе элек-

Альтернативные источники энергии

Рис. 1. Общий вид экспериментальной установки для исследования энергетических процессов

трического разряда в потоке водно-солевого раствора была разработана и смонтирована экспериментальная установка, основными структурными элементами которой являются: реактор для создания электрического разряда; гидросистема для питания реактора водно-солевым раствором; электротехническое оборудование; комплект средств измерений (рис. 1).

Конструкция реактора приведена на рис. 2. В корпус 1, изготовленный из оргстекла, ввинчены два трубчатых стабилизирующих электрода 2, 3. В средней части реактора размещена керамическая вставка б, проходное сечение которой имеет меньший диаметр, нежели сечение корпуса реактора. Этим обеспечивается увеличение скорости потока водно-солевого раствора. Именно в месте сужения сечения располагаются окончания инициирующих электродов 4, 5. Реактор может быть снабжен катушкой 7 для создания магнитного поля.

Гидросистема смонтирована на раме из металлического уголка и содержит следующие узлы: бак подачи раствора, кран подачи, центробежный насос, питаемый напряжением 220 В, давление на выходе 4 атм, максимальный расход раствора

Рис. 2. Конструкция реактора

0,3 кг/с, счётчик подачи раствора механический, регулирующий вентиль, манометр, бак приемный, сливной кран, раму.

Из подающего бака раствор самотеком через кран поступает в насос. Насос прокачивает раствор через счётчик, регулирующий вентиль и реактор. Давление раствора на входе в реактор определяется по манометру, средний расход - по счётчику. Из реактора раствор поступает в приемный бак, либо в другие приемные ёмкости (если необходим химический анализ раствора, прошедшего через реактор). Упрощенная электрическая схема установки приведена на рис. 3.

Для определения комплексных характеристик экспериментальной установки использовалось следующее электротехническое оборудование: термопары ХА; блок мультиметров DT838; счетчик электрической энергии САЧУ-И672М; источник питания постоянного тока Б5-43; вольтметр М381; амперметр М42100.

Трёхфазное электрическое напряжение величиной 380 В из электрической сети подаётся на регулируемый тиристорный выпрямитель, который позволяет получить на его выходе постоянное напряжение от 270 до 530 В. Этим напряжением заряжается конденсатор С. Балластное сопротивление R6 ограничивает ток в электрической цепи величиной 50 А, что соответствует максимальному значению тока в случае короткого замыкания цепи внутри реактора Р. Конденсатор разряжается на электроды реактора с образованием электрических разрядов. Для исследований был изготовлен из оргстекла реактор, имеющий форму цилиндра (внутренний диаметр - 30 мм, длина - 100 мм). В основания цилиндра ввинчены проточные трубчатые электроды внутренним диаметром 8 мм. Обращённые друг к другу концы электродов проточены до диаметра 12 мм. В хвостовой части элек тродов имеются контактные шпильки для крепления проводов электропитания и штуцеры для подсоединения шлангов подачи раствора электролита.

В опытах использовали электроды, изготовленные из катодной меди марки Ml к (ГОСТ 8592001), а также из графита марки ISEM-1. Площадь электродов составляла ~60 мм2; начальный зазор между ними - 1,0±0,1 мм. В качестве электролита использовали растворы хлорида натрия и гидрооксида натрия в дистиллированной воде. Напряжение U варьировали от 270 до 530 В, емкость конденсатора С - от 50 до 400 мкФ, концентрацию растворов - от 0,05 до 0,25 моль/дм3, скорость подачи раствора - от 0,1 до 0,9 дм3/мин. При разряде наблюдалась эрозия поверхностного слоя электродов, что приводило к увеличению зазора между электродами до 1,5 мм в опытах с медными и до 2,0 мм в опытах с графитовыми электродами.

Температура раствора после реактора с течением времени постепенно увеличивалась от То, приближаясь к своему постоянному значению Т, и далее не изменялась. Время достижения стационарного значения температуры при данной скорости подачи электролита составило 270 с. За изменение температуры АТ при расчете теплоты Q, необходимой для нагрева электролита принята величина АТ = Т - То.

Эксперименты показали (табл. 1), что при подаче на реактор напряжения U > 300 В в реакторе возникают электрические разряды в виде кратковременных ярких вспышек белого цвета, частота которых зависит от следующих основных параметров: а) величины подаваемого напряжения, б) величины емкости конденсатора С; в) концентрации электролита в растворе; г) скорости подачи в реактор раствора; д) величины зазора между электродами. При этом амперметром А2 фиксируется пере-

Рис. 3. Электрическая схема установки

Альтернативные источники энергии

Таблица 1

Параметры и показатели работы экспериментальной установки

Параметры	№ опыта
	1	2	3	4	5	6
1. Напряжение U, В	350	530	350	350	530	350
2. Емкость конденсатора, мкФ	200	200	50	100	400	200
3. Концентрация электролита, моль/дм3	0,10	0,10	0,10	0,10	0,20	0,05
4. Скорость подачи раствора, дм3/мин	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2
5. Постоянный ток 1ь А	7	12	1	5	4	3
6. Переменный ток 12, А	30-70	80-120	<5	20-50	25-30	20-60

Таблица 2

Энергетический баланс

Параметры Опыт 1 (Снаа= 0,09 моль/дм3) Опыт 2 (CNaci= 0,17 моль/дм3) ОпытЗ (CNaCl= 0,25 моль/дм3) LW$M№ 0,36 1,01 0,36 2. Объем раствора, дм3 1,6 5,0 1,7 3. АТ, °C 30-35 50 60 4. Q, МДж 0,235 1,05 0,43 5. WK, Дж 3,2 10 3,4 6. Аг, Дж 800 2400 800 7. W3„, Дж 2700 8000 2700 8. Коэффициент энергоотдачи Q/W3, отн./ед. 0,7 1,0 1,2 менный электрический ток 12 через конденсатор С (в дальнейшем вторичная электрическая цепь), величина которого зависит от конкретных параметров работы установки и может изменяться по своей величине от 20 до 300 А (частота тока ^составляет 104-15 кГц). Отметим, что по своей величине ток 12 значительно больше тока 1Ь

Проведенный анализ экспериментальных данных, показывает, что величина тока 12 изменяется симбатно с величинами подаваемого напряжения U, емкости конденсатора С и концентрации электролита в водном растворе. Зависимость 12 от скорости подачи электролита (V) через реактор не монотонна: при малых скоростях подачи величина 12 изменяется симбатно с ростом V (диапазон значений 0,1 дм3/мин < V < 0,4 дм3/мин), при V = 0,40,5 дм3/мин достигает максимального значения, а далее уменьшается при дальнейшем увеличении скорости подачи электролита через реактор.

Для составления комплексных энергетических характеристик процессов, реализующихся при электрическом разряде в растворах электролитов, были проведены оценочные исследования баланса электрической энергии, подводимой к экспериментальной установке, и идущей на нагрев электролита и другие физико-химические процессы. Результаты представлены в табл. 2.

В таблице использованы следующие обозначения: W3 - поступившая на вход установки электрическая энергия; АТ - изменение температуры электролита; Q - тепловая энергия, которая пошла на нагрев электролита; WK - кинетическая энергия движения электролита; Аг - работа, идущая на пре одоление гидродинамического сопротивления гидравлической цепи; W3H - энергии электромагнитного излучения.

Обращает на себя внимание опыт 3, в результате которого коэффициент энергоотдачи превысил единицу. Таким образом, экспериментальные результаты подтверждают возможность получения энергии при электрическом разряде с повышенным коэффициентом энергоотдачи.