ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОХЛАЖДЕНИЯ СТРУЙ ВОДОРОДА И ДЕЙТЕРИЯ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К УСТАНОВКАМ ПО ПОЛУЧЕНИЮ КРИОГЕННЫХ МОНОДИСПЕРСНЫХ МИШЕНЕЙ

Цель. Целью исследования является разработка модели и проведение численных расчётов охлаждения тонких струй водорода и дейтерия применительно к установкам по получению криогенных монодисперсных мишеней.

Методы. Для реализации поставленной цели была создана модель истечения криогенной струи в область низкого давления. В программной среде PHOENICS численным методом исследовано изменение с течением времени температуры поверхности и внутренней части струи при различных внешних параметрах.

Результат. Получены зависимости изменения температуры жидких струй водорода и дейтерия вдоль поверхности струи и по радиусу в зависимости от диаметра струи, скорости, начальной температуры струи и давления в рабочей камере установок по получению криогенных монодисперсных мишеней.

Вывод. Показана принципиальная возможность создания высокоскоростных криогенных монодисперсных мишеней. В соответствии с расчётами, при вводе тонких жидких струй водорода или дейтерия со скоростью до 100 м/с в рабочую камеру с низким давлением, струи на расстоянии до 1 мм не успевают замёрзнуть и могут быть разбиты на монодисперсные капли. Капли за счёт испарения охлаждаются и становятся гранулами. Разработанная модель и программа для определения параметров устойчивого монодисперсного распада жидких криогенных струй, а также результаты численных расчётов могут быть использованы при создании установок по получению высокоскоростных криогенных монодисперсных мишеней.

1. Factory / C. Ekstrom // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. A. – 1995. – V. 362. – P.1–3.

2. Криогенные корпускулярные мишени. Концепция и основная модель / А. В. Бухаров, А. Ф. Гиневский, В. П. Чернышев и др.– Препринт – № 17-17.М.: Изд-во МЭИ, 2002.–35 с.

3. Бухаров А. В. Криогенные корпускулярные мишени в энергетике/ А.В. Бухаров, А.С. Дмитриев. – М.: Изд-во МЭИ, 2013. – 144 с.

4. Криогенные корпускулярные мишени. Генерация гранул водорода: расчет основных конструкционных элементов, экспериментальный стенд, тесты / А.В.Бухаров, В. Боргс, В.Н. Афонасьев и др. Препринт – №9-05. М.: Изд-во ИТЭФ, 2005. – 58 с.

5. Weber C. Zum Zerfalleines Flussigkeitsstrahles ( On the breakdown of a fluid jet ) / C. Weber // Z. Angew. Math. und Mech. – 1931. Technical Design Report for the PANDA (Antiproton Annihilations at Darmstadt) Straw Tube Tracker / W. Erni, I. Keshelashvili, A. Aab et al. // The European Physical J. A – Hadrons and Nuclei. – 2013. – V. 49. – № 2 . – Р. 25.

6. Search for New Forms of Matter in Antimatter–matter Interactions in the PANDA Experiment / A.V.Boukharov, A. N. Vasiliev, D. A. Morozov et al. // Atomic Energy. – 2012. – V. 112. – № 2. – P. 129–138.

7. FAIR CDR - An International Accelerator Facility for Beams of Ions and Antiprotons // Conceptual Design Report, 2001. – 695 p.

8. Trostell B. Vacuum Injection of Hydrogen Micro-Sphere Beams / B. Trostell // Nuc. Instr. and Met. in Phys. Res. A. – 1995. – V. 362. – P. 41–52.

9. Ekstrom C. CELSIUS as an η –№ 11. – P. 136–154.

10. Heat-Physical Problems of Cryogenic Corpuscular Targets / A.V.Boukharov, E.V. Ametistov, A.F. Ginevsky, M.A. Bukharova // Problems of atomic science and technology. Nuclear physics inv. – 2013. – № 6. – P. 205–208.

11. Бухаров А.В. Теплофизические проблемы криогенных корпускулярных мишеней/ А.В. Бухаров, А.Ф. Гиневский, А.Ю. Бурлакова // Вест. МЭИ. – 2015. – №3. – С. 35 – 41.

12. Бухаров А.В.Исследование поведения капиллярных сильноиспаряющихся струй жидкости в условиях вакуума / А.В. Бухаров, А.А. Семенов // Вест. МЭИ. – 2003. – № 4. – С.40–42.

13. Production of Hydrogen, Nitrogen and Argon Pellet with the Moscow - Julich Pellet Target / A. Boukharov, M. Büscher, V. Balanutsa et al. // Int. J. of Modern Physics E, Nuclear Physics. – 2009. – V.18. – Is.2. – P.505–510.

14. Экспериментальная установка для получения твёрдых гранул водорода / А.В. Бухаров, М. Бюшер, А.А. Семёнов и др.// Вест. МЭИ. – 2006. – № 2. – С. 16–24.

15. Эксперименты по получению гранул из твёрдого водорода / А.В. Бухаров, М. Бюшер, А.А. Семёнов и др.// Вест. МЭИ. – 2006. – № 3. – С. 34–40.

16. Official site of company CHAM/Products, 2013.–URL:www.cham.co.uk.URL: www.cham.co.uk/phoenics/d_polis/d_docs/tr313/tr313.html.

17. Справочник по физико-техническим основам криогеники / М.П. Малков, И.Б. Данилов, А.Г. Зельдович и др. / под ред. М.П. Малкова. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 431 c.

18. Водород. Свойства, получение, хранение, транспортирование, применение. Справ. издание / Д.Ю. Гамбург, В.П.Семёнов, Н.Ф. Дубовкин и др. – М.: Химия, 1989. – 672 л.

19. Свойства жидкого и твёрдого водорода: Справочный обзор, № 1 / Б.Н. Есельсон, Ю. П. Благой, В.Н. Григорьев и др.– М.: Изд-во стандартов,1969.–136с.