Печь «Робинзон» своими руками. Чертежи и видео

Данная ракетная печь представляет собой удобный компактный переносной агрегат, который предназначен не для обогрева помещения, а для приготовления еды в походе или на отдыхе. Вы сможете легко и быстро разогреть пищу, вскипятить воду, пожарить мясо или рыбу. Сделать это сооружение своими руками не составит труда. Конструкция имеет множество преимуществ перед другими.

Плюсы ракетной печи “Робинзон”

Прежде всего, стоит отметить, что такую печь удобно обслуживать и разжигать (топливо можно использовать самое разное: траву, сухие ветки, дрова, бумагу, сено), она легко собирается и разбирается. Устройство простое и надежное. Эта конструкция не выделяет дым и копоть, поэтому вам не нужно будет долго отмывать посуду от грязи. Если вы решили изготовить агрегат из термостойкого материала, то стенки будут выдерживать температуру до 800°. Оригинальная ракетная печь “Робинзон” очень тщательно разрабатывалась физиками, поэтому на данный момент эти конструкции пользуются популярностью во всем мире.

Устройство

Портативная печь “Робинзон” сделана на основе принципа газогенераторных пиролизных котлов: топливо сгорает в бункерном отсеке, огонь попадает в зону горения и поднимается наверх по дымоходу. Сначала вся энергия идет на разогрев дымовой трубы, после ее прогрева, благодаря высокой температуре, происходит повторное догорание газов.

“Робинзон” делают из трубы 100х150 миллиметров. Важно, чтобы сечение дымовой трубы было такого же размера как у топливника, так как в противном случае может возникнуть обратная тяга. Ножки, как правило, выполняются из прутка с резьбой и привинчиваются на месте, однако этот вариант не самый удобный. В качестве опоры можно использовать либо стационарные ножки, либо стальной лист, который приваривается ко дну. В оригинальной печи “Робинзон” не имеется канала для подачи воздуха, крышки для регуляции горения тоже нет. Однако, существует много самодельных вариантов, где этот недостаток устранен. Мы рассмотрим самый стандартный из них.

К нижней части топливного отсека приварена пластина (куда впоследствии укладывается это топливо), на конце которой находится колосниковая решетка. Отверстие внизу обеспечивает подачу кислорода в зону горения. Также, можно приварить крышку-заслонку, которая регулирует интенсивность горения. Ее размеры должны быть немного меньше, чем размер топливного отсека, иначе, если закрыть его полностью, огонь потухнет.

Для каждой печи “Робинзон” имеются свои чертежи, однако, чтобы работоспособность конструкции была нормальной, необходимо соблюдать следующие пропорции:

• Длина дымохода должна быть более двух длин наклонного (горизонтального) участка.
• Высота отсека для топлива должна быть примерно такой же, как и горизонтального участка.
• Для удобства закладывания горючего, топливник размещают под углом 50°.
• Разрез дымохода должен быть не меньше размеров топливного отсека.

Выбор материалов

Для сооружения печи вам понадобятся: небольшой стальной лист (он будет играть роль дверцы поддувала), прутки для изготовления ножек и колосниковой решетки. Желательно выбирать качественные жаростойкие материалы для того, чтобы продлить работу вашей печи. Изготовить “Робинзон” можно за очень короткие сроки (2-4 часа), при наличии всех вышеперечисленных материалов. Если у вас нет опыта в строительстве печей, желательно иметь чертежи или видео с подробными объяснениями.

Как изготовить “Робинзон” своими руками

Итак, мы имеем стакан (иногда его называют сердцем печи). Он имеет продолговатую форму. Внизу находится подсос (из него поднимается и попадает в камеру воздух). По бокам стакана располагаются два бункера. Один бункер приваривается под углом 90° (он используется для розжига) и имеет одну камеру, второй – под углом 45°, в нем находится две камеры: загрузочная и камера подсоса воздуха. Рядом с подсосом находится коробок (его мы плотно вставляем в стакан), в который собирается пепел после сжигания топлива.

Под первым, расположенным ниже, бункером мы устанавливаем колосник. Иногда сверху стакана некоторые люди располагают подставку для посуды (как правило, из жаростойкого металла). Однако, в этом случае имеется существенный недостаток: пепел вместе с дымом будет подниматься вверх, и посуда будет грязной. Поэтому мы будем использовать стол. Он имеет прямоугольную, более приплюснутую, в отличие от стакана, форму.

К днищу стола можно приварить духовой шкаф, это сделает печь более удобной и усовершенствованной, однако вес варочного сооружения будет немалым. Ножки с резьбой ввинчиваются или привариваются к углам стола. Стакан наполовину вставляется в духовку. Необходимо обратить внимание на то, что высота стакана должна точно соответствовать длине ножек.

На стол можно поставить самодельную плиту из металла (необходимо посмотреть видео или почитать рекомендации, как вырезать круги из толстого металла). В плиту вставляется длинная дымоходная труба. Рассмотренная нами печь является усовершенствованным вариантом оригинального “Робинзона”.

Она намного комфортнее общепринятой конструкции, и готовить на ней тоже более удобно. Однако измененный вариант печи также имеет свои недостатки:

• Конструкция является очень тяжелой, так как имеет дополнительные детали, сделанные из толстого металла.
• Печь очень громоздкая, даже в разобранном состоянии: стол, духовой шкаф, дымоходная труба, стакан с двумя бункерами – все это будет занимать очень много места в вашем автомобиле.
• Если вы решили делать откручиваемые ножки, то придется выполнять кропотливую и долгую работу на отдыхе.
• Строительство “Робинзона” займет много времени и труда (на простейшую конструкцию уходит в среднем несколько часов, на эту – несколько дней). Вам будет нужно найти подходящие видео и чертежи. Желательно проконсультироваться со специалистом.

Мы рассмотрели один из многочисленных вариантов печи Rocket Stoves, ее же иногда называют “Робинзон”. Каждый человек может что-то добавить, а что-то убрать из оригинальной конструкции печки. Любое добавление модернизирует агрегат, но, в то же время, усложняет его использование, поэтому каждый сам расставляет приоритеты и пробует свой способ построения, используя разные материалы. Один пользователь YouTube построил “Робинзон” из консервных банок!

В магазинах имеется огромное разнообразие печей, однако цены, как правило, завышены, а качество заводских конструкций ничем не отличается от сделанных своими руками. Поэтому намного проще и дешевле будет сделать печь Rocket Stoves своими руками по чертежам и видео.

Ракетная печь из профильной трубы своими руками: варианты изготовления, чертежи, фото

Ракетная печка является популярным вариантом, когда речь заходит о создании агрегата своими руками, способного обогреть помещение или стать подобием плиты в походных условиях. Чертежи и схемы подобной конструкции должны иметься в наличии у людей, любящих туризм.

Создать печку своими руками не сложно – потребуется немного времени, подходящие инструменты, материалы, устойчивые к воздействию открытого огня и сильному нагреву. Подобная печка имеет несколько особенностей, отличий, делающих печку выгодным вариантом для изготовления.

Стационарная походная ракетная печь устанавливается, как внутри помещений (коттеджей, дачных домиков) вдоль стены, так и на специальной площадке, в том числе и на открытом пространстве. Подходит для качественного отопления помещения площадью 45-50 м2 (учитывается наличие/отсутствие перегородок, стен, отдельных комнат, высота потолков).

О конструкции

Ракетная печь Робинзон состоит из таких элементов, как:

• Топливник.
• Труба для отвода образующегося дыма.

Особенность конструкции – топливный бункер располагается не только по вертикали, но и горизонтально, под углом. Способ размещения зависит от желания человека, особенностей строения, в котором готовая печь будет устанавливаться.

Так выглядит ракетная печь из трубы

Также может быть использован такой вариант, при котором топливный бункер будет располагаться между дымоходом и двумя элементами горизонтального участок трубы. Это делается для того чтобы удлинить нагреваемую в процессе сжигания топлива поверхность, увеличив тем самым КПД и время прогревания помещения.

Обычные схемы для создания печей имеют:

• Топку, расположенную вертикально и соединенную с дымоходом отрезком трубы (длина его может быть разная). Соединяющий элементы участок используется для приготовления пищи (варочная панель).
• Топку, расположенную непосредственно рядом с трубой (схема используется в том случае, когда печь должна выполнять функцию отопительного агрегата).
• Топку, закрепленную под углом к трубе (для удобства закладки топлива в специальный отсек).

Печка может иметь сразу две топки. Особенность – их расположение по бокам конструкции в вертикальном положении. Трубы должны быть с большим размером сечения.

Предназначение печи – нагревание емкости с жидкостью, которая устанавливается на специальную подставку (такой вариант используется для подачи горячей воды).

Варианты конструкции

к содержанию ↑

Общий принцип работы

Принцип работы всех разновидностей конструкции – ракеты примерно одинаков:

• Твердое топливо (дрова) закладываются в топку.
• Производится розжиг.
• В процессе нагревания под действием пламени и сгорания вырабатываются газы.
• Начинается их движение по вертикальному участку трубы.
• Подачу обеспечивает специальный канал, по которому быстро движется «вторичный воздух», являющийся уже нагретым.
• Нагретые газы поднимаются к основанию трубы.

Основной принцип работы схож с пиролизными котлами. В результате на выходе из печи, в верхней части конструкции достигается максимально возможная температура. Ее и используют для отопления, нагрева воды, приготовления пищи. Для удобства можно сделать специальную площадку для размещения емкостей, прикрепив ее к верней части трубы.

Большим и значимым для пользователя преимуществом ракетной печи является ее экономичность – дров, а также другие виды твердого топлива, расходуются мало, КПД высокий (около 65%). Для того чтобы повысит качество функционирования достаточно подкинуть в топку опилки, бумагу, ветки или сухую траву.

к содержанию ↑

Простейший вариант ракетной печи

Простая походная печь ракетного типа отличается легкостью самостоятельного изготовления, экономией времени и ресурсов в процессе использования, компактностью размеров и габаритов. На все работы потребуется затратить 2-3 часа с подготовкой инструментов и материалов, что очень удобно в условиях похода или дачи.

Конструктивная особенность, которую нужно учитывать – нижняя часть агрегата, выполняющая роль дна топливной камеры (колосника) должна быть выполнена подвижной. Делается это для облегчения процесса закладки дров и загрузки их в топочный бункер.

Если используются щепки, то выдвижной элемент конструкции является удобной подставкой в процессе закладки топлива в печь. Дополнительно подвижная часть значительно облегчает процесс очистки агрегата от золы.

Простая ракетная печь из трубы

к содержанию ↑

Подготовка материалов

Для изготовления ракетной печи потребуется приобрести:

• Трубу с сечением квадрат (15 см×15см×3, 40,5 см) – 1 шт.
• Трубу также квадратной формы (оптимально выбирать 15см×15см×3, 30 см) – 1 шт.
• Стальную полоску (рекомендуемые размеры 30см×5см×3 мм) –таких элементов нужно купить 4 шт.
• Еще вариант стальной полоски ( с параметрами идеальными для работы14см×5см×3 мм) – 2 шт.
• Решетку, выполненную также из хорошего металла (стали) ( выбирать размеры30см×14см) – 1 штука.

Дополнительно потребуется купить стальной прут (3:5 мм) – 2,5 метра, чтобы изготовить решетку самостоятельно при желании. Качественная  печь робинзон своими руками – это минимальные затраты финансов, немного внимания и времени.

к содержанию ↑

Инструменты

Для проведения всех необходимых работ потребуются:

• Болгарка.
• Сварка.
• Ножницы по металлу.

Также нужно иметь защитные очки и перчатки.

к содержанию ↑

Чертеж

Проводятся работы по схеме и чертежу, указанному ниже:

Чертеж простейшей ракетной печи из профильной трубы

к содержанию ↑

Инструкция по изготовлению

Все работы по созданию отопительного устройства должны проводиться поэтапно. Руководство к действию состоит из нескольких шагов, которые нужно выполнять последовательно:

• Трубы квадратные нужно разрезать на заготовки необходимого по чертежу размера.
• Сделать на них разметку с учетом того, что один из их краев потребуется срезать (угол среза составляет 45 градусов). Работы выполняются болгаркой.
• Получившиеся трубы потребуется аккуратно сварить – в итоге должна получиться конструкция, по форме напоминающая сапог.

Делая печь робинзон своими руками и, используя чертежи, важно соблюдать рекомендации по размерам деталей, которые там содержатся. Следующие действия будут такими:

• Делаются пропилы (сверху трубы или по ее бокам) – размеры составляют 20 мм в глубину и 3,5 мм в ширину (в них будет установлена подставка для установки емкостей).
• Стальную полоску (которая имеет параметры 30см×5см×3 мм) 1 штуку из приобретенных, нужно разрезать ровно пополам.
• Вторую оставшуюся полоску из стали (также с параметрами 30см×5см×3 мм) разметить точно посередине.
• Приварить к ней для качественного выполнения всех этапов работ, элементы с двух сторон от разрезанной полосы (должна получиться крестообразная форма).
• Стальные полосы (размеры, которые нужно выбрать 30см×5см×3 мм) – оставшиеся 2 штуки и оставшиеся отрезки длинной 14 см сваривается рама, которая будет выдвижной.
• Элементы привариваются не рядом, а внахлест.

Далее проводятся  следующие работы, которые являются завершающими.

Сверху уже готовой рамы, используя точечный сварочный аппарат, прикрепляется готовая решетка (приобретенная дополнительно/специально) или нарезанные по нужной  длине части прута из хорошей стали.

Расстояние, на котором прикрепляются части, составляет 1 см. Затем, сверху трубы устанавливается подставка, решетка задвигается в топочный бункер. Основные работы про производству печи можно считать законченными.

Наступает этап проверки и поведения испытаний. Требуется заложить в топку немного твердого топлива и растопить печь, если не выявлено проблем в ее работе, нужно дождаться полного остывания всех элементов конструкции. В завершении можно провести работы по окраске печи, чтобы защитить части от коррозии. Для этого применяется жаропрочная краска. Повысить комфорт эксплуатации можно, приварив к дверце топочной камеры ручку.

к содержанию ↑

Печь “Робинзон”

Удобная и функциональная Ракетная печь Робинзон является отличным вариантом для использования в походе или на даче. Изготовить ее также не сложно, используя чертежи и схемы. Своими руками легко можно создать агрегат, который будет очень похож на заводской.

Печь “Робинзон”

к содержанию ↑

Материалы

Для изготовления своими силами качественного изделия для обогрева потребуется приобрести следующие материалы:

• Лист стали (для изготовления корпуса топочного бункера размером15см ×10см×30 см ) – 1 штука, толщина 3 мм.
• Пластинки из качественной стали (не менее 3 мм) параметры материала составляют 30см×15 см –их потребуется взять 2 шт.
• Стальные крепкие пластинки с показателями 10см×30 см – согласно классическому варианту проекта потребуется 2 шт.
• Пластины, также выполненные из хорошей стали 10см×15 см – 1 штука.
• Металлическая пластина параметры: 15см×20см×3 мм – 1 штука (для изготовления поддувала).
• Труба, диаметр которой равен10 см (высота 60 см) – 1 штука (металлическая).
• Отрезки от арматуры диаметром в 7 или 8 мм – 1,2 метра (потребуется для изготовления решетки колосника).
• Кольца, диаметр которых не меньше 3 см – 3 шт.
• Вертикальный стояк (10 см) – 1 шт.
• Кольцо диаметром 11 см – 1 шт.
• Гайки ( выбирается значение детали d13) – 3 штуки.
• Отрезок стальной трубы с резьбой – их нужно для работы 3 шт.

к содержанию ↑

Инструменты

Для проведения всех необходимых работ потребуются, как и в прошлом варианте:

• Болгарка.
• Сварка.
• Маркер.
• Ножницы по металлу.

Также нужно иметь защитные очки и перчатки.

к содержанию ↑

Чертеж

Походная печь Робинзон своими руками собирается по следующему чертежу:

Чертеж печи “Робинзон”

к содержанию ↑

Пошаговая инструкция

Все основные работы потребуют аккуратности, внимания, но не отнимут много времени – около 3 часов с подготовкой. Основные действия предполагают следующие шаги:

• Подготовка пластины, которая будет отделять в готовой конструкции топку от поддувала – потребуется приварить к ней отрезки арматуры (расстояние 1 см от каждого элемента) – в итоге получится колосниковая решетка.
• К имеющейся в числе материалов для изготовления пластине для удобства прикрепляется колосниковая решетка, после, используя сварочный аппарат, нужно надежно полученный элемент прикрепить к боковым и задней стенке будущей топки. Особенность работ: нужно перед началом приваривания отступить от низа по краю30 см.
• Следующий шаг проведения работы – сваривание угловых элементов соединений задней и боковых стенок топочной камеры.
• Затем приваривается дно камеры.

После этих этапов следует переходить к завершающим действиям. Здесь выполняются такие действия, как прикрепление гаек, которые нужны, чтобы печь устойчиво стояла. Далее к ним при желании крепятся ножки. Затем действия такие:

• Крышка топки, если она предусмотрена выбранным вариантом чертежа, прикрепляется к корпусу (используется сварка).
• Следующий этап – разметка трубы (для этой цели потребуется использовать яркий маркер по металлу).
• После производится срез под углом в 30⁰ (получается по очертанию правильный овал).
• Каждую из обязательных к использованию труб из комплекта материалов нужно приставить отверстием овальной формы ровно к середине крыши конструкции.
• Потребуется обвести трубу (маркером).
• Получившейся рисунок нужен для того, чтобы по его контуру провести вырезку отверстия (работа осуществляется с использованием сварки, напряжение может потребоваться увеличить).
• Затем в получившееся отверстие вваривается труба, расположить ее по схеме нужно вертикально.

Дополнительно рекомендуется на трубу нужно надеть, а затем и закрепить подставку (для емкости/кастрюли с едой или водой).

В конце прикрепляются ножки (по желанию), проводится первый пробный запуск (с минимумом твердотопливного элемента). Если захочется открасить конструкцию, то перед этим нужно полностью остудить всю конструкцию.

Готовая самодельная печь “Робинзон”

к содержанию ↑

Усовершенствование конструкции

Удобная походная печь Робинзон своими руками собранная по схеме, может быть усовершенствована.

Первое, что можно сделать – приварить к основной конструкции дверку с ручкой, чтобы иметь возможность контролировать количество выделяемого тепла или количество дров в топке. Она будет открываться не в сторону, а  вверх.

Оптимальный вариант – изготовление заслонки, которая будет открываться в нескольких положениях:

• вниз или влево;
• затем вправо.

Такую заслонку нужно установить в приваренные заранее на стенки уголки, размеры выбираются 1Х1 см или, как вариант для увеличения -1,5 смХ1,5 см.

Дополнительные способы усовершенствование печи «Робинзон» – увеличение толщины стали для топочной камеры с 3 до 5 мм.

Для участка, где труда проходит вертикально, можно использовать квадратное, а не овальное отверстие.

Подставку и ножки можно создавать из различных материалов, используя наиболее удобные варианты.

Последнее, что можно сделать: к топке приварить широкую металлическую пластину или прикрепить металлические уголки к трубе, чтобы ставить на них емкость для воды. Таким образом получится ракетная печь с варочной поверхностью.

Ракетная печь с варочной поверхностью

к содержанию ↑

Печь “Антошка”

Этот востребованный вариант туристическо-походного типа печи потребует несколько больше времени на самостоятельное изготовление. Печь-ракета модели «Антошка» отличается удобством конструкции. Особенность печи этого типа – присутствие дополнительной нагреваемой в процессе работы агрегата плоскости.

Она является также подставкой для емкости (варочная панель) и усилителем нагревания помещения. Следовательно, печь «Антошка» может быть использована для обеспечения горячей водой дачного дома или туристического лагеря.

Печь “Антошка”

к содержанию ↑

Материалы

Для того чтобы самостоятельно изготовить печку, нужно приобрести следующий набор материалов:

• Трубы квадратной формы (с параметрами материала 15 см×15см×3 мм. Учитывается и длина, которая в этом варианте должна быть 40,5 см) – 1 шт и (15см×15см×3 мм, также длина элемента равняется 18 см) – 1 шт и (10 см×10см×3 мм, с длиной изделия 60,5 см) – 1 шт.
• Пластинка металл/сталь (30см×15см×3 мм ) – 1 шт.
• Пластина также выполненная из хорошего, устойчивого к нагреванию металла (параметры должны быть такими – 15см×15см×3 мм ) -1 шт.
• Металлический качественно выполненный уголок (5см×5см×3, длина 30 см) – 1 шт.
• Уголок из металла большего размера (5см×5см×3, длина 40,5 см) – 1 шт.

Дополнительно потребуется арматура/прут диаметром 8 мм, длина материала составляет в этом варианте исполнения 30 см –  таких прутов потребуется приобрести 4 шт.

Для изготовления собственными усилиями колосниковой решетки потребуется арматура диаметром 8 мм, длина ее равна 17 см – 8 штук. Важно не забыть приобрести треугольные металлические косынки, которые потребуется использовать для установки варочной панели, сталь в них должна быть 3 мм – 2 штуки.

к содержанию ↑

Инструменты

Для проведения всех необходимых работ потребуются, как и в прошлом варианте:

• Болгарка.
• Сварка (для надежного крепления всех элементов).
• Маркер.
• Ножницы по металлу (для работы с мелкими элементами).

Также нужно иметь защитные очки и перчатки.

к содержанию ↑

Этапы изготовления

Для изготовления печи «Антошка» потребуется сделать:

• Разметить имеющуюся в материалах трубу (поставить ее вертикально).
• Сделать на ней затем аккуратные срезы, выполнив их под углом в 30⁰.
• В задней части трубы, предназначенной для топки, вырезать отверстие, размер которого составляет 12×10 см.

Вторая часть работ:

• В нижней части элемента также важно не забыть вырезать отверстие, размер которого немного увеличится и будет составлять по чертежу 15×15 см.
• Далее потребуется произвести соединение этих двух элементов.
• Задняя стена топки должна быть заварена заранее подготовленной для этого пластиной из огнестойкой и качественной стали.

После к нижнему отверстию вариации ракетной печь робинзон снаружи  нужно приварить отрезки металлических прутов. Расстояние, на котором проводится работа, составляет 1-1,2 см. далее работа предполагает следующие действия:

• Для изготовления такой части агрегата отопления, как камера поддува (поступления воздуха) используется отрезок размером 18 см, являющейся частью квадратной трубы. Без нее функционирование печи в целом не допускается по соображениям безопасности.
• На нем нужно сделать срез под углом в 30⁰ (в итоге размер этой часть конструкции составляет 10×18 см).

Получившаяся деталь должна иметь дно и две стенки. Ее лучше всего поставить на подставки – так достигается комфорт для последующей работы. Их изготавливают из металлических уголков, прикрепляют путем приваривания к дну конструкции.

Далее начинается работа над основной частью печи (верхней). Шаги будут следующими:

• Топка будущей печи (верхнему отверстию) – к ней приваривается или иным способом крепится (если сварка отсутствует) имеющаяся в комплектации материалов труба. Ее важно крепить в строго вертикальном положении. Здесь важно помнить, что требуется соблюдать максимальную аккуратность.
• Изделия треугольной формы, выполненные из металла (на качестве здесь лучше не экономить), нужно поставить на ребро, что повысит устойчивость этой части конструкции для создания необходимой комбинации элементов.
• Затем их приваривают/прикрепляют к трубе и дополнительно к верхней части конструкции.
• Продолжается создание агрегата тем, что к краю топочного отверстия, который находится вверху (передний по отношению к мастеру, выполняющему работу) приваривается пластина размером 3дм×1,5 дм×3 мм.

Завершающая часть создания: нужно приварить к верхней части вертикально расположенной трубы уголки – это будет подставка, на которую устанавливается емкость для приготовления пищи или разогрева еды. Арматуру нужно согнуть (90⁰ – полуокружность), получившиеся уголки привариваются к трубе с четырех сторон на расстоянии 30 см друг от друга.

к содержанию ↑

Вывод

Печь Робинзон имеет различные варианты для изготовления. Это не только хороший вариант для отопления небольшого дома или палаточного городка в условиях похода, но и настоящая варочная панель, способная обеспечить горячей пищей. Дополнительно, используя печи Робинзон, изготовленной своими руками, в которой имеется крепление для емкости с водой, можно обеспечить подачу горячей воды.

Как сделать ракетную печь самому

В интернете постоянно ведется полемика об отопительном оборудовании, под названием «ракетная печь». В качестве преимуществ, указывают на простое устройство, конструкцию, которую можно изготовить из подручных материалов (газового баллона или самана), высокую экономичность работы и теплоэффективность.

Принцип работы ракетной дровяной печи

Простейшая дровяная печь ракетного типа, изначально предназначалась исключительно для нагрева пищи и воды. Конструкция состоит из топливника (горизонтального участка трубы), соединенного с каналом, повернутым кверху, конструкция похожа на английскую букву L.

Принцип работы реактивной печки заключается в следующем:

• Свободное протекание дымовых газов по каналу – для отведения дыма, не используется дымоход в полном понимании этого слова. В простейшей конструкции печей, для подогрева пищи и воды, на оголовок канала (изогнутой вверх трубы) устанавливается емкость для нагрева воды: чайник, ведро или кастрюля. Предусматривается небольшой просвет для отвода отходящих дымовых газов.
  Во время работы, из перевернутой трубы сопла вырывается пламя. По этой причине, печь и назвали ракетной.
• Принцип пиролизного горения – печь, с небольшими доработками, способна работать в режиме тления. В этом случае, потребуется переоборудование внутреннего устройства, дымовых каналов. Дополнительно предусматривают канал для вторичной подачи кислорода в камеру дожига.
• Теплоотдача – отопить простейшей ракетной печью жилое помещение невозможно, так как она предназначена исключительно для приготовления пищи. Чтобы сделать возможным обогрев, изолируют внутренний канал печи. Сопло, из которого в простейшей схеме вырывалось пламя, закрывают колпаком.

В пиролизных ракетных печах, принцип работы несколько иной. Главное отличие, это наличие поступления вторичного воздуха, непосредственно в систему дымового канала. Равномерное распределение температуры в печи, происходит за счет изоляции зоны горения.

Продукты сгорания скапливаются под колпаком, создавая избыточное давление. После остывания и отдачи тепла, газы опускаются вниз, откуда выводятся через дымовую трубу. Диаметр дымохода при свободном перетоке дыма, не имеет существенного значения. Обычно ставят трубу с сечением 80-100 мм.

Устройство ракетной печи отличается большой теплоемкостью и незначительным расходом топлива. При рациональной компоновке – с использованием водяной рубашки, тепла будет достаточно для полноценного прогрева небольшого здания с радиаторной системой отопления или нагрева ГВС.

Разновидности ракетных отопительных печей

Ракетные печи, были изобретены в северном Китае и Корее, несколько веков назад. Отечественные умельцы, доработали конструкцию, модифицировали и адаптировали ее, под современные условия эксплуатации.

Существует множество схем и решений, производных от базовой работы ракетной печи. Особой популярностью пользуются следующие:

• Печь Сергея Кузьмина – российская версия реактивного печного оборудования, изначально рассчитанная под переделку из газового баллона или металлической бочки. Преимущество решения в использовании подручных средств. При минимальных навыках в проведении сварочных работ и понимании процесса работы, можно собрать устройство самостоятельно.

• Печка конструкции Габриэля Апостола – схема ракетной печи была разработана англичанином. Изначально использовался вертикальный теплообменник. В схему был включен канал для вторичной подачи кислорода, а также предусматривалась возможность турбонаддува, для увеличения теплоотдачи.

Конструкции ракетных печей имеют конфигурации с массивным теплонакопителем, изготавливаемые самостоятельно из глины, кирпича или даже из консервной банки. Предлагается уже готовое печное оборудование из металла, предназначенное в основном для приготовления пищи и обогрева в походных условиях.

Глиняно-кирпичные печи

Ракетное горение в топке печи, происходит в J или L изолированной камере сгорания. Пламя движется под углом 90°, создавая турбулентность и тягу, достаточную для поддержания интенсивного горения. Дымовые газы в печах из самана, направляются в дымоход, проложенный под лавками или лежанкой. На выходе из системы дымоудаления, выводится еле теплый воздух с небольшим содержанием влаги.

Из шамотной глины и кирпича, ракетную печь легко сделать своими руками. Преимущество устройства в удобстве эксплуатации и комфорте подогрева. В странах Азии, печи соединялись с системой дымоудаления, проходящей под полами, что позволяло комфортно отапливать помещения даже в зимнее время года.

Температура горения внутри топочной камеры 800-1200°С. Глина отличается высокой теплоемкостью. После установки «ракеты», потребуется минимальное обслуживание. Время от времени, будет необходима обмазка печи глиной и заделывание трещин. Глиняно-кирпичные модели, широко распространены в странах ЕС, а также Аргентине и США.

Стальные печи типа «Ракета»

Чертежи ракетной печи из газового баллона, были разработаны отечественными «Кулибиными». Идея состояла в том, чтобы создать качественный и высокоэффективный аналог из недорогих подручных средств.

Чтобы изготовить печь ракету из газового баллона, потребуется немного дополнительных расходных материалов: квадратной трубы необходимого диаметра, стальной бочки.

Для горизонтального дымохода «лежанки», применяется металлическая труба. Сечение выбирается идентичное вертикальной дымовой трубе. Компактные размеры ракетной печи из газового баллона, позволяют установить ее в любом месте дома.

Ракетные печи относятся к отопительному оборудованию непрерывного горения. Правильно сконструированная и изготовленная «ракета», работает в течение 7-8 часов от одной закладки. В процессе горения, допускается дозаправка дров без необходимости в остановке и остывании печи.

Походная ракетная печь, повторяет внутреннее устройство конструкций, изготовленных из газовых баллонов, только имеет меньшие габариты. Модификация используется в основном для приготовления пищи.

Покупателю предлагается ракетная походная печь Робинзон – устройство, позволяющее эффективно прогреть палатку за несколько минут. В интернете есть множество схем, как изготовить «ракету» Робинзон, используя исключительно консервные банки и некоторые слесарные инструменты.

Печи из консервных банок «Ракета»

Ракетную печь можно сделать своими руками. Для этого понадобится три консервных банки разного диаметра. Можно использовать жестяную тару от ананасов или сгущенного молока.

Две банки используются для изготовления корпуса. Между ними образуется прослойка для постоянной циркуляции воздуха. Банка из-под сгущенного молока, меньшего диаметра, пойдет для изготовления топочной камеры с поддувалом.

На изготовление ракетной печи понадобится всего 10-15 минут. Для производства нужны консервные банки и ножницы по металлу. Мощности печки хватит, чтобы нагреть кружку воды для чая или заварить кофе.

Какие дрова используются для печи ракета

Согласно заверениям владельцев, печь ракетного типа, потребляет дров на 40-80% меньше, чем классическая голландка или буржуйка. Топить можно опилками, отходами древесины и любыми производными дерева: брикетами, пеллетами.

Существуют некоторые правила, ограничивающие потребление топлива:

• Для топки, используется древесины твердых сортов. Лучше не использовать сорта дерева с высоким содержанием смол.
• Влажность топлива не более 20%. Во время работы, используется принцип пиролизного горения. Влажное топливо, сгорая, производит дым, что снижает теплоотдачу.

Современные печки оснащаются большим бункером для дров, что гарантирует длительную работу от одной закладки. При условии правильно собранной печки, время горения дров не менее 6-8 часов.

Плюсы и минусы печи типа «Ракета»

Опыт использования ракетной печи для отопления, позволил прийти к выводу об эффективности конструкции. Владельцы выделяют несколько достоинств и недостатков.

Преимущества ракетной печи – к ним относят:

• Способы изготовления печки – сделать печное оборудование можно из подручных средств. Популярностью пользуется самодельная ракетная печь из газового баллона. В походных условиях, при определенных навыках, из нескольких консервных банок, можно за 10-20 минут изготовить для себя простейшее устройство для приготовления пищи.
• Внешний вид – зарубежные технологии строительства печки ракетного типа из глины и кирпича, предусматривают установку в помещении. Печное оборудование смотрится стильно. Характеристики печи позволяют эффективно обогревать все здание.
• Теплоэффективность – температура нагрева дымовых газов 1200°С. Выделяемое тепло используется на 92%. Дымовые газы, при прохождении через дымоход – лежанку, остывают практически полностью. При условии грамотных теплотехнических расчетов и успешного направления тепла для нагрева теплоносителя, ракетное горение эффективно и экономически выгодно.
• Высота дымохода – принцип работы заключается в отсутствии принудительной тяги, которая наблюдается в печном оборудовании классического типа. По этой причине, не нужна большая высота дымохода.
  Классическая русская печка подключается к дымовой трубе, поднимающейся как минимум на 5-6 метров от уровня грунта. Для «ракеты», достаточно высоты в 1-2 м. Для глиняно-кирпичной конструкции, потребуется рассчитать протяженность горизонтального дымохода.

После подробного описания преимуществ, стоит обратить внимание на несколько недостатков:

• Максимальный размер длины топки в печи, 20-30 см. Дрова потребуется заготавливать небольшими поленьями, что не всегда удобно.
• Ракетное сгорание предъявляет высокие требования к качеству топлива: влажности и отсутствию смолянистых отложений. Для топки подойдут дрова с годовой сушкой.

Ракетное сгорание дров – это эффективный и экономичный принцип работы. При условии, что печка сделана без нарушений, экономичность достигает 40-50%.

Печь ракета своими руками чертежи, видео

Простой отопительный прибор, который по популярности мало в чем уступает буржуйке, – печь-ракета. Работает на дровах, а схема конструкции настолько проста, что изготовление возможно своими силами. Печь можно сделать и экономичной – многие думают, что похожесть на буржуйку означает прожорливость топочной камеры, но нет. Есть схемы, которые работают на тлеющей древесине (пиролиз), а значит, экономичны при таком же КПД. Простая печи из труб

Почему ракета и почему реактивная

Такую печку часто называют «ракетой», но не потому, что дрова в ней сгорают с большой скоростью, а из-за формы конструкции – традиционный вариант печки-ракеты делается из двух отрезков железных труб, сваренных друг с другом. Агрегат напоминает ракету на детском рисунке. Применение же упрощенной формы позволяет изготовить ее меньше, чем за день. Еще к печи применяют прилагательное «реактивная», но тоже не из-за скорости сгорания топлива, а из-за особенностей горения – на определенном этапе подачи воздуха в топливник она начинает сильно гудеть, как будто включается турбонадув форсунок в двигателе.

Гудение печи – это неэффективный и расходный режим горения. При нормальной работе она издает тихий шелест.

Печь на основе квадратного короба

Любой хозяин загородного или дачного дома имеет в мастерской хотя бы минимальный набор столярных, слесарных и автомобильных ремонтных инструментов. Вот они-то и помогут в изготовлении чудо-ракеты, плюс чертежи и минимальный запас материалов: трубы или металлические короба, лист железа и – при строительстве стационарного варианта – кирпич и раствор на глине. Теперь становится понятно, что реактивная печь делается переносной или неподвижной, например, для отопления дома или бани. Варианты реактивных печей

Если стационарная реактивная печь будет отапливать дом, то ее располагают вдоль внешней стены. Правильно сконструированная и оборудованная, она может обогреть домик площадью до 50м². Также печь устанавливают на открытой местности – на приусадебном участке, и используют как летний вариант для приготовления пищи.

Как работает печка ракетного типа

Устройство простейшее – два принципа горения топлива, позаимствованных у других печей:

1. Естественная циркуляция горячих газов и дыма по каналам печки – стандартное решение, как в буржуйке.
2. Дожигание несгоревших газов (пиролиз) при ограниченном доступе кислорода к камере горения.

Схема самой простейшей реактивной печки, которая предназначена только для приготовления пищи, использует именно естественное горение дров – в открытой камере невозможно создать условия для поддержания реакции пиролиза и дожигания недогоревших газов.

Рассмотрим простую конструкцию реактивной печи-ракеты прямого горения, которая традиционно устанавливается во дворе на открытой площадке. На ней можно быстро нагреть воду или приготовить обед для семьи на отдыхе. Из рисунка ниже становится понятно, что для такого образца потребуется два отрезка цилиндрической или прямоугольной железной трубы, которые соединены между собой сваркой под углом 90⁰.

Простейшее устройство ракеты

В качестве топочной камеры выступает горизонтальный отрезок металлического короба – туда закладывают дрова. Также загрузку топлива можно организовать и вертикально – добавить сверху горизонтальной трубы вертикальный железный цилиндр для загрузки дров. Таким образом, получится конструкция из трех труб или коробов, самый нижний из которых (горизонтальный) будет работать как топка. В стационарной схеме простейшая конструкция печки часто использует красный кирпич, который кладется на глиняный раствор.

КПД конструкции нельзя назвать удовлетворительным, поэтому умельцы придумали, как повысить эффективность ее работы. Добавочный элемент – еще одна труба большего диаметра (как видите, все материалы доступны и дешевы), в которую устанавливается основная труба печки райзер (первичный дымоход). Так повышается общий нагрев и продолжительность удержания тепла. Печь с утепленным райзером

На схеме:

1. Наружный корпус.
2. Труба, которая служит топкой.
3. Канал для выхода воздуха в камеру сгорания.
4. Утепленная область между корпусом и райзером. Утеплителем может служить та же зола.

Как протапливать

Протапливается реактивная печь «Робинзон» по принципу разжигания костра – первой закладывается бумага, сено, солома или другой быстровозгораемый материал, затем – мелкие щепки или крупная стружка. Последними закладываются поленья в размер топки. Горячие продукты горения поднимаются по вертикальной трубе (2) и выходят наружу. На открытый торец трубы (2) можно ставить кастрюлю или бак с водой.

Чтобы топливо горело непрерывно и активно, необходимо обеспечить зазор между выходной трубой (2) и кастрюлей с водой с помощью специальной решетчатой металлической подставки.

На схеме ниже нарисовано простейшее устройство с дверцей на отверстии для загрузки топлива. Воздушная тяга образуется из-за наличия специального канала, образующегося нижней поверхностью топки и железной пластиной, приваренной в 8-10 мм от топочной камеры. Такая конструкция будет принудительно докачивать воздух, даже если дверца закроется полностью. Из схемы видно, что конструкция рассчитана и на работу в режиме пиролиза, при этом постоянный поток «второстепенной» струи воздуха будет дожигать отработанные газы. Но чтобы дожигание проходило на 100%, необходимо обустроить термоизоляцию вторичной камеры, в которой догорает газ, чтобы обеспечить нужные температурные показатели для пиролиза.

На схеме:

1. Принудительный канал для поддува воздуха при закрытой топочной дверце.
2. Область активного горения.
3. Сгоревшие газы.

Усовершенствованная печь

Усовершенствованная схема предусматривает не только возможность обогрева окружающего пространства, но и приготовления пищи, для чего конструируется верхняя варочная поверхность. Итого: к самому простому варианту «ракеты» можно добавить наружный корпус, который будет дополнительно обогревать комнату, топочную дверцу, поддув воздуха для поддержания режима пиролиза и плиту для варки еды. Эту схему уже можно реализовать в самом доме, а не во дворе, так как труба дымохода выводится наружу. Такая несущественная модернизация значительно повышает эффективность модели. Так, ракетная печь своими руками, чертежи которой представлены ниже, обладает следующими возможностями:

1. Из-за встраивания наружного корпуса из трубы большего диаметра и его утепления, которое создает термоизоляционный слой для райзера, а также из-за возможности герметично закрыть верхнюю трубу горячий воздух остывает намного дольше.
2. В нижней секции печки добавлен отдельный канал для поддува, что позволяет организовать пиролизное горение.
3. Дымоход в такой схеме рекомендуется располагать не вертикально вверху, а снизу сзади на корпусе, что позволит организовать дополнительную циркуляцию горячих потоков по внутренним каналам печки, обеспечивая быстрый нагрев варочной плиты и всего утепленного корпуса.

Схема работы усовершенствованной печи

В топливнике (1) топливо сгорает не полностью (2), так как подача воздуха осуществляется не в полном объеме, – это режим «А», которым можно управлять при помощи заслонки (3). Горячие, но не догоревшие от пиролиза газы подаются в концевой отрезок огневого канала (5), в котором дожигаются. Дожигание обеспечивает качественная термоизоляция и постоянный поток «второстепенного» воздуха в режиме «Б» по каналу (4).

Затем горячий поток поступает во внутренний райзер (7), поднимается вверх к плите для варки (10) и нагревает ее. Далее горячий воздух попадает в объем (6) между наружной и внутренней трубами, утепленными слоем золы (4, 9), нагревает корпус печи, который отдает тепло в помещение. И наконец, остывший воздух опускается вниз, чтобы попасть в дымоход (11) и выйти наружу.

Стабильно высокая температура в райзере (7) обеспечивает максимальную отдачу тепла и создает условия для полного сгорания газов благодаря помещению райзера в трубу большего размера – обечайку (8). Свободное пространство заполняется золой или другим жаропрочным веществом (9) для футеровки – это также может быть раствор обычной глины с песком в пропорциях 1:3. Схема комбинированной печи

Пальма популярности принадлежит промышленной модели «Робинзон» – это простая, но надежная конструкция. Имея такую мобильную печь, можно на даче или в походе быстро приготовить пищу или нагреть воду. Конструктивно это перевернутая труба Г-образной формы, как показано на схемах ниже. Печь «Робинзон»

В горизонтальный отрезок топливного приемника закладываются дрова, а поджиг осуществляется с той стороны, откуда входит вертикальная труба. В трубе Г-образной формы из-за разницы давлений горячего и холодного воздуха возникает тяга, и интенсивность горения будет только расти по мере нагревания корпуса печи. Подача воздуха регулируется шиберной заслонкой. Устройство реактивной печи «Робинзон»

Работает печь по принципу расходования энергии естественного потока горячих газов. Получается замкнутый цикл: при повышении температуры топливо начинает гореть активнее и быстрее нагреваются камера и варочная поверхность. В результате «Робинзон» способен нагреть 10 литров воды за 10 минут, если поставить бак на уже теплую поверхность. На схеме видно, что варочная поверхность в «Робинзоне» имеет толстый теплоизоляционный слой, что позволяет закладывать в топливник чурки большого диаметра.

Стационарная печь

Стационарные модели имеют колпак, чтобы тепло в помещении сохранялось дольше. В такой печке сжигание топлива происходит по другому сценарию. Начало процесса сгорания дров такое же – поступление воздуха ограничено. Это вызывает выделение пиролизных газов, которые дожигаются в нижнем участке вертикальной трубы или короба, куда вторичный воздух подводится отдельно. Стационарная реактивная печка

Раскаленный газ, оказавшись вверху, начинает остывать и опускается в свободный межкамерный объем, а затем – в дымоход. Это происходит следующим образом:

1. Силы гравитации заставляют более холодные, а значит, тяжелые сгоревшие газы устремляться вниз, где они попадают в дымоход.
2. Этому способствуют и постоянно поддерживаемое давление от подкладываемых дров и стабильно высокая температура газов.
3. Естественная тяга в дымоходной трубе.

Все это создает эффективные условия для сгорания дров и появляется возможность пристроить к «ракете» дымовой канал с произвольной геометрией. В основном длинные и сложные дымоходы нужны для того, чтобы лучше обогреть помещение. Порядовка кирпичной печи-ракеты

Главный недостаток всех печей на твердом топливе – невозможность удержать бо́льшую часть тепла в доме. Но положительные качества позволяют нивелировать отрицательные моменты – высокая скорость выхода газов позволяет организовывать сложные вертикальные или горизонтальные дымоходы с несколькими каналами. Реализация этого принципа на практике – русская печь. В реактивной печи с горизонтальным многоканальным дымоходом тоже можно оборудовать теплую лежанку, как показано на схеме ниже. Печь с лежаком из горизонтальных ходов

Реактивная ракета-печка – вариант домашнего отопления, дешевле которого бывает только даром. Человек, знакомый с азами строительства, может сложить комбинированную печь из кирпича в исполнении, подходящем для любого домашнего интерьера. Основной задачей по облагораживанию внешнего вида будет декорирование железного колпака и крышки топливника – все остальное не будет находиться на виду. Промышленная мобильная модель «Робинзон»

Она стационарная, ведь конструкцию не передвинешь. Из шамотного кирпича выкладывается топливная камера и дымоход, из металла делаются задвижки и дверцы. Кирпич отдает тепло очень медленно, поэтому помещение будет согрето еще долго. Печь для отопления и приготовления пищи

Высокая эффективность – не конек таких моделей, но хорошей теплоотдачи можно добиться регулировкой подачи воздуха в камеру, не стремясь выйти на режим горения, при котором печка начинает «реветь» и «гудеть». Печь с аккумулятором

Чтобы как-то минимизировать тепловые потери при эксплуатации этой простейшей конструкции, многие умельцы встраивают в печь водяной контур и подключают резервуар для горячей воды. Также сохранению тепла в помещении способствует возведение лежанки с многоканальным горизонтальным дымоходом. Отрицательные качества моделей «ракет», которые нельзя минимизировать или убрать:

1. Необходимо постоянное наблюдение и регулировка тяги – устройств автоматики не предусмотрено.
2. Каждые 2-3 часа нужно загружать новую порцию дров.
3. Железный колпак нагревается до опасных температур.

Советы по изготовлению печи

Самый простой и дешевый вариант – модель «Робинзон», что на чертеже ниже. Для ее изготовления нужны обрезки труб или прямоугольного профильного короба, металлические уголки для ножек, сварочный аппарат. Размеры его выбираются исходя из габаритов заготовок. Главное – придерживаться соблюдения принципа действия, а не размеров. Любительская схема печи

Для самодельной конструкции часто берут газовые баллоны или бочки на 200 литров – толстые стенки и подходящий размер как нельзя более соответствуют задуманному. И те, и другие используются для изготовления наружного корпуса, а внутренние элементы изготавливаются из труб меньшего диаметра или выводятся кирпичом – половинками, четвертинками или целым.

Общей формулы расчета теплоотдачи для всех моделей ракетной печки нет, поэтому вариант использования готовых расчетов по принципу похожести схем вполне подойдет. Главное, чтобы размер будущей «ракеты» хотя бы примерно соответствовал объему обогреваемого помещения. Например, для гаража сойдет газовый баллон, для дачного домика – двухсотлитровая бочка. Приблизительный выбор внутренних элементов показан на схеме ниже. Реактивная печка из металлической бочки

Печь из железного баллона

1. Баллон – газовый, кислородный, из-под углекислого газа.
2. Труба ≥ 150 мм под топливную и загрузочную камеры.
3. Трубы 70 и 150 мм – для внутреннего вертикального дымохода.
4. Трубы 150 мм – для выходного дымохода.
5. Утеплитель любого типа, обязательно негорючий.
6. Заготовки листового металла H = 3 мм.

Верхняя часть баллона отрезается сваркой. В целях безопасности лучше открыть запорный кран на нем и заполнить водой перед резкой. С боковых сторон нужно вырезать проемы для топливной камеры и дымохода. Труба под топливник соединяется с вертикальной трубой дымоходного канала из дна баллона. Как сложить печь своими руками

После монтажа внутренних элементов срезанный верх приваривается назад. Швы проверяются визуально, подсоединяется главный дымоход. Если есть водяной контур, присоединяется и он. После этого печь-ракету можно испытывать.

Достаточная тяга обеспечивается высотой дымоходной трубы – она должна быть поднята над топливником не менее чем на 4 метра.

Как выложить топливник из кирпича

Такая модель требует использования только шамотного (глиняного) кирпича – керамический или силикатный сразу растрескается. Кладка ведется на глиняном растворе, пропорции состава указаны выше. Под основание печки роется котлован, грунт на дне трамбуется и заливается бетонным раствором. Размер фундамента – 1200х400х100 мм.

После затвердевания основания его защищают листом картона из базальта, затем начинают выкладывать топливник, вертикальный дымоход и загрузочную камеру. С фронта топливника крепится дверца для уборки золы. После высыхания глиняного раствора траншея засыпается, в вертикальный дымоход вставляется труба нужного диаметра. Полости между кирпичом и трубой следует забить утеплителем – базальтовой ватой, золой или другим невозгораемым материалом, например, асбестом. Как выложить печь

Теперь на кладку ставится колпак Ø 600 мм – подойдет вырезанная крышка из металлической бочки. Перед монтажом в нем вырезается отверстие, в которое вставляется патрубок под дымоход. Надевая этот колпак, бочку следует перевернуть, и патрубок окажется там, где нужно. Затем выводится дымоход – или напрямую на улицу, или через обустройство лежака с горизонтальными дымоходными каналами. Лежак можно выкладывать обычным силикатным кирпичом, так как температура газов будет уже низкой.

особенности конструкции длительного горения, размеры, чертежи и схемы работы

Практичное отопительное устройство, не уступающее по своим функциональным возможностям традиционной буржуйке – это ракетная печь. Ее востребованность заключается в высокой эффективности, экономичности, доступности конструкции и простоте изготовления. Собрать подобный агрегат в домашних условиях под силу даже начинающим мастерам.

Содержание статьи

Что собой представляет печь-ракета?

Реактивная печь получила свое оригинальное название благодаря особой конструкции корпуса – традиционная форма устройства выполняется из отрезов металлических труб, соединенных между собой сварным швом. Внешне она напоминает ракетную установку. Упрощенную модель печи можно собрать за несколько часов.

Реактивным отопительный прибор становится в результате особенностей процесса горения топливного материала, когда в определенный момент работы при высокой подаче воздушной массы в топливную камеру печь начинает создавать мощное гудение и вибрацию.

Важно! Режим гудения ракетной печи характеризуется нерациональным расходом топлива в процессе его сгорания. Экономный режим нагрева обеспечивает тихую работу отопительного агрегата.

Принцип работы

Несмотря на то, что печь-ракета достаточно просто устроена, принцип ее действия основан на следующих процессах:

• Естественная циркуляция нагретых газов и воздуха внутри каналов. Это значит, что прибор не требует дополнительного поддува, а внутренняя тяга создается дымоотводной системой. Чем выше дымоход, тем сильнее тяга.
• Дожиг неотработанных газов (процесс пиролиза) осуществляется при незначительной подаче кислорода в топливную камеру. Он обеспечивает быстрое увеличение КПД устройства и эффективное расходование топливного материала в процессе сгорания.

Сам процесс топки печи осуществляется следующим образом:

1. В топливный отсек закладываются дрова, и выполняется поджиг.
2. Далее устанавливается стандартный режим работы печи, при котором осуществляется полный прогрев вертикальной части конструкции – дымоходной трубы.
3. Достаточный разогрев корпуса печи обеспечивает воспламенение летучих веществ в дымоходе и разрежение воздуха в верхней его части.
4. Естественная тяга возрастает, что приводит к притоку воздуха в топливный отсек и увеличению эффективности процесса горения.
5. Для поддержания полного сгорания топливного материала печная конструкция должна быть оснащена специальной зоной для дожига пиролизных газов.

Простой вариант ракетной печи из профильной трубы предназначается для приготовления и разогрева пищи, а также для обогрева садовых домиков, дач и походных бань.

Достоинства и недостатки

Печь-ракета длительного горения приобрела особую популярность и востребованность благодаря своим положительным характеристикам:

• Доступная конструкция и легкая сборка. Самый простой вариант печи можно изготовить в домашних условиях из доступных материалов за несколько часов.
• Эффективная теплопередача с использованием различного типа древесного топлива – дров, щепы, веток, коры и стружки.
• Широкий функционал. Возможность использования устройства для обогрева помещений, приготовления пищи и подогрева воды.
• Полное сгорание топлива с возможностью дожига пиролизных газов. Это позволяет повысить КПД и при этом избежать отравления угарным газом.
• Возможность повторной закладки топлива, не прерывая рабочий процесс.
• Отсутствие необходимости в создании принудительной тяги в дымоотводной системе. Высокий уровень саморегуляции рабочих режимов прибора.

Эргономичная печь может быть установлена в любом помещении, а облегченные конструкции не требуют дополнительного обустройства усиленного фундамента.

Несмотря на существенные плюсы, подобный агрегат не лишен некоторых недостатков:

• Отсутствие возможности автоматизации процесса топки. Самодельные печи требуют постоянного контроля над закладкой топливного материала со стороны человека.
• Высокая вероятность получения ожогов при существенном нагреве металлической конструкции.
• Устройство не предназначено для обогрева жилых домов большой площади и стационарных банных комплексов.
• Конструкция печи предусматривает использование хорошо просушенного топлива, поскольку излишек влаги может привести к обратной тяге в дымоходе.
• Неэстетичный внешний вид готового устройства.

Конструкция

Печка ракетного типа представлена достаточно простой конструкцией, которая изготавливается из труб требуемого диаметра.

Топливной камерой является горизонтальный отрез трубы, в который выполняется закладка топлива. В некоторых случаях печь может иметь вертикальный вариант загрузки. В этом случае прибор состоит из трех конструктивных элементов – двух вертикальных труб различной высоты, смонтированных на горизонтальную трубу. Короткий отрез трубы является топливным отсеком, длинный отрез – дымоходом.

Чтобы обеспечить повышение КПД, ракетные печи могут иметь дополнительные элементы конструкции:

• Топливный отсек (вертикальное или горизонтальное положение) – для загрузки топлива.
• Камера дожига (горизонтальная) – для сгорания топлива и аккумуляции тепловой энергии.
• Поддувальный отсек – для дожига пиролизных газов, которые образуются при сгорании топлива.
• Наружный корпус печи – для теплоизоляции конструкции.
• Лежанка – площадка для отдыха в положении лежа или сидя.
• Дымоходная труба – для вывода продуктов сгорания топлива и создания естественной тяги.
• Варочная поверхность – горизонтальная площадка для приготовления пищи или подогрева воды.

Изготовление своими руками

Самодельная печь из отработанного газового баллона – доступный вариант дровяной печи, которая предусмотрена для эффективного обогрева помещений и экономного расхода топлива.

Чтобы сделать печь в домашних условиях, потребуется:

• Пустой корпус баллона – 2 шт.
• Металлическая труба для создания вертикального дымоходного канала (диаметр – 12 см).
• Профильная труба для изготовления топливника и загрузочной камеры (длина 100 см, сечение – 12×12 см).
• Отрезы металлических труб: короткий на 80 см (диаметр – 15 см) и длинный на 150 см (диаметр – 12 см).
• Стальной лист (толщина 3 мм).
• Металлические прутья.
• Утепляющий жаростойкий материал (перлит).
• Сварочное оборудование.
• Болгарка.
• Средства персональной защиты – очки и перчатки.

Чтобы обеспечить правильную сборку печи, рекомендуется подготовить рабочий чертёж с указанием точных размеров всех конструктивных элементов устройства.

Пошаговая инструкция по изготовлению ракетной печи:

1. Из профильной трубы отрезается три отрезка – два из них по 30 см и один для лежака на 35 см. Из заготовки для лежака болгаркой проделываются прямоугольное отверстие для топливного отсека и полукруг для вертикальной трубы.
2. Одна 30-сантиметровая заготовка разрезается продольно и приваривается к топливному отсеку для создания воздушного канала.
3. Топливный отсек соединяется с трубой горячей сваркой.
4. Из арматуры изготавливается колосник, для топливной камеры и зольника – дверки.
5. Далее изготавливается вторичная камера для дожига пиролизных газов.
6. Внизу баллона проделывается отверстие под топливный отсек. С наружной стороны баллона фиксируется колено под трубу диаметром 12 см для дымохода.
7. Внизу трубы вырезается отверстие для очистки дымохода.
8. Сверху на трубу насаживается отрезок трубы диаметром 15 см и приваривается сваркой к баллону.
9. Свободное пространство между двумя трубами заполняется утеплителем, края закрываются сварным швом.
10. Во втором баллоне отрезается днище и заваривается отверстие под вентиль. Он будет использован для дожига пиролизных газов.
11. Оба баллона фиксируются друг с другом в специальный паз при помощи двух сварных колец так, чтобы обеспечить герметичность готовой конструкции. Паз уплотняется шнуром из асбеста.

Важно! Прежде чем приступить к топке самодельной ракетной печи, необходимо тщательно проверить качество соединительных швов и герметичность конструкции. В работающую установку не должны бесконтрольно проникать воздушные массы.

Как правильно топить ракету?

Для получения максимального эффекта отопления перед основной закладкой топливного материала печь ракетного типа следует тщательно разогреть. Для этого используются легковоспламеняющиеся материалы: бумага, щепа, сухая стружка, опилки, картон, камыш или солома, которые укладываются в открытый поддувальный отсек.

Прогрев системы приведет к появлению характерного звука – тихого или громкого гудения. Далее в прогретый прибор осуществляется закладка основного топлива для получения необходимого количества тепловой энергии.

Сам процесс топки выполняется по следующей схеме:

• Открытие дверки в поддувальный отсек.
• Закладка топливного материала для поддержания оптимальной температуры горения.
• С появлением гула в печи поддувало закрывается до момента полного перехода в беззвучный режим работы.

Важно! Если закрытая воздушная задвижка привела к снижению интенсивности пламени, ее необходимо открыть, чтобы повысить тягу и усилить процесс горения топлива.

Другие виды ракетных печей

На основе базовой конструкции ракетной печи были созданы другие варианты отопительных устройств с более высоким КПД, которые предназначены для уличного использования и внутренней эксплуатации в качестве источника отопления и горячего водоснабжения.

Печка-плита

Прибор предназначен для приготовления пищи и зимней консервации, оборудован расширенной варочной поверхностью, рассчитанной на несколько емкостей.

Отличительной характеристикой ракетной плиты является то, что вертикальный канал с топливной камерой расположен в нижней части варочной поверхности. В этом случае горячий воздух из топки быстро нагревает поверхность, а чтобы плита как можно дольше оставалась горячей, топливные газы скапливаются внутри горизонтального канала. Остатки газовой смеси выводятся в вертикальный дымовой канал, соединенный углом с варочной поверхностью.

Для удобства эксплуатации печь оснащается устойчивыми опорами, поэтому ее легко можно использовать на любой поверхности как внутри помещений, так и на открытом воздухе.

Печка с водяным контуром

Подобный агрегат оборудован теплообменником, который соединен с отопительной системой: радиаторами, трубами и водяным баком. Он предназначен для создания полноценной системы автономного отопления для небольшого садового или дачного домика.

Конструктивно печка состоит из таких функциональных элементов:

• Вертикальный топливный отсек и жаровой канал из кирпича выкладываются на прочное бетонное основание. В нижней части конструкции имеется зольник с дверкой для удаления золы.
• Вертикальный стальной канал с теплоизоляционной прокладкой, защищенный наружным металлическим кожухом.
• Теплообменный узел с водяным контуром, установленный на металлический кожух.

Отличительной особенностью печи является создание водяной рубашки, когда по трубам вместо воздуха циркулирует жидкий теплоноситель, обеспечивающий эффективный обогрев помещений.

Печка с лежанкой

Другой вариант применения реактивной печи в быту – это обустройство удобной конструкции со специальной площадкой для отдыха в сидячем или лежачем положении. Лежанка может иметь различную форму исполнения – топчан, широкая кровать, компактный диван, скамейка.

Для изготовления лежанки используются кирпич, бутовый камень, глиняная масса с опилками. Высокая теплоемкость материалов способствует аккумуляции тепловой энергии длительное время, благодаря чему подобную печь рекомендуется устанавливать в жилых комнатах.

По типу используемого материала для изготовления конструкции ракетные печи бывают:

• Глиняно-кирпичные. Хорошая теплоемкость кирпича и шамотной глины способствует тому, что подобные конструкции хорошо накапливают и выделяют тепло в помещение. Температурный режим горения топлива в подобных печах может достигать 1000 градусов. Глиняно-кирпичные агрегаты требуют минимального технического обслуживания, которое заключается в периодической обмазке корпуса глиной и устранении трещин.
• Металлические. Подобные устройства изготавливаются из металлических бочек, газовых баллонов, огнетушителей, труб и листовой стали. Доступность материалов позволяет получить надежный и эффективный отопительный агрегат. Особой популярностью пользуются походные металлические печи – «Робинзон», «Огниво» или «Тайга». Они отличаются компактными размерами, возможностью установки в любом доступном месте и простотой эксплуатации.
• Из подручных материалов. Упрощенные конструкции ракетных печей можно изготовить из самых дешевых и доступных материалов: консервных банок, стальных ведер и прочих емкостей. Маломощные печки можно использовать для быстрого подогрева воды в полевых условиях.

Мобильная печь – практичный и дешевый вариант для туристических походов и отдыха на природе, который предусмотрен для экономного расхода топлива и удобства эксплуатации в любых климатических условиях.

Стационарная печь – эффективный и безопасный вариант для обогрева небольших площадей, организации горячего водоснабжения и приготовления пищи.

При всех своих достоинствах реактивная конструкция печи, изготовленная своими руками, не подходит в качестве полноценного источника тепла для отопления жилого дома. А вот использовать технические возможности устройства для решения повседневных задач вполне приемлемо.

пошаговая инструкция, чертежи, преимущества и недостатки

Особенности печи-ракеты

Реактивная печь с лежанкой — наиболее производительный вариант для дома

Несмотря на столь бешеную популярность в мире, в странах СНГ реактивная печь длительного горения известна лишь единицам. И это довольно странно, ведь в некоторых регионах нашей страны холода длятся более, чем полгода.

Ракетная или реактивная печь, вопреки своему названию, не подразумевает ничего сверхъестественного в своей конструкции. Никаких турбин здесь вы не найдете. Но все же есть в такой конструкции нечто сходное с космическим транспортом — и это поток пламени, отличающийся высокой интенсивностью, а также характерное гудение, возникающее в процессе работы.

Реактивные печи отопления устроены предельно просто, но несмотря на это в них используются передовые методики сжигания топлива. Рассмотрим, что же делает данную конструкцию столь эффективной:

• По печным каналам происходит движение газообразных продуктов исключительно за счет естественной тяги. По этой причине принудительная эжекция здесь не требуется.
• Процесс пиролиза, возникающий вследствие сухой перегонки твердого топлива.

Чертежи реактивных печей в самом простом варианте

Важно! Самая простая конструкция «ракеты» представляет собой трубу большого диаметра с характерным изгибом. При этом один ее участок является короче другого. Он устанавливается горизонтально и предназначается для закладки дров.

Рассмотрим процесс работы печи более подробно:

• В топку производится закладка дров, которые затем поджигаются.
• Далее прибор начинает работать в режиме традиционной буржуйки, который продолжается до тех пор, пока не прогреется более длинная вертикальная часть печки, представляющая собой дымовую трубу.
• Металл разогревается докрасна, вследствие чего происходит воспламенение горючих веществ, скопившихся в дымоходе, в верхней точке которого появляется зона разрежения.
• Тяга усиливается, обеспечивая усиление воздушного потока к дровам. Благодаря этому эффективность процесса горения существенно повышается.

Чертежи походной печи Робинзон

Совет! Чтобы реактивная тяга в печи стала еще сильнее, конструкцию следует оборудовать топочной дверцей. Работает это следующим образом: когда сечение воздушного канала уменьшается, то происходит прекращение подачи кислорода в топку. Таким образом, традиционный процесс горения перерастает в пиролиз, при котором древесина начинает тлеть и разлагаться. При этом процесс прогорания топлива замедляется, а потому тепло выделяется дольше.

• Чтобы обеспечить полное сгорание топлива в результате пиролиза, в печи необходимо предусмотреть специальную зону, которая предназначается для дожигания газов. Более конкретно об этом будет сказано ниже, но здесь следует заметить, что наряду с теплоизоляцией дымохода такое усовершенствование классической «ракеты» позволяет ей успешно конкурировать с современными установками длительного горения.

Важно! Самая простая печь-ракета своими руками обычно используется для разогрева или приготовления пищи. Для этого необходимо лишь установить специальную площадку на вертикальном участке печи.

Плюсы и минусы подобных отопительных агрегатов

Печь ракетного типа с лежанкой: тепло и уют в вашем доме

Несмотря на всю простоту своего устройства, печь реактивного горения имеет целый ряд преимуществ:

• Очень высокий КПД, который сопоставим с лучшими агрегатами, работающими на твердом топливе.
• Конструкция может разогреваться до 1000 градусов по Цельсию.
• Высокие показатели экономичности. В среднем печь-ракета из баллона расходует в три-четыре раза меньше дров в сравнении с обыкновенной буржуйкой.
• «Всеядность». Можно использовать для работы печи любые виды твердого топлива (шишки, хвою, стружку, а также различные растительные отходы).
• Для обеспечения бесперебойного отопительного процесса возможна дозагрузка топлива при работе устройства.
• Печь-ракета надежна и проста в устройстве.
• Экологичность. Ввиду полного прогорания топлива, дым, исходящий из ракетной конструкции, состоит из углекислого газа и водяного пара.
• Полное сгорание топлива. При работе данного агрегата, температура достигает таких пределов, что происходит возгорание сажи.

Схематическое изображение движения воздушного потока по печной системе

• Большое разнообразие конструкций. Наряду со стационарной печью существует переносная или походная. Также ракетная печка может с успехом использоваться для дома или бани.

К недостаткам таких агрегатов относятся:

• При эксплуатации возникает риск того, что в помещение проникнет угарный газ.
• Такие конструкции не подходят для использования в больших домах, поскольку их мощности будет недостаточно для комплексного обогрева.
• При установке теплообменника водяного типа происходит спад тепловой мощности, что в результате нарушает нормальный рабочий режим.
• Непривлекательный внешний вид. Однако многие любители этно-стиля поспорят с данным утверждением, ведь для них такая печная конструкция является просто находкой.

Виды отопительных приборов данного типа

Конструкция мобильной ракетной печи

Существует несколько вариантов подобного оборудования:

• Мобильная. Такие конструкции могут легко переноситься с места на место и изготавливаются из ведер, жестяных банок, металлических труб и т. д.
• Варианты, изготовленные из газовых баллонов.
• Стационарная печь, выложенная из кирпича (шамотного).
• Отопительные конструкции, оборудованные лежанкой.

Важно! Самыми сложными в изготовлении являются кирпичные агрегаты, поскольку они требуют определенных навыков каменщика. Однако при наличии детальных порядовок и элементарной прилежности, с работой сможет справиться даже начинающий специалист.

Теперь рассмотрим поподробнее, что же представляет собой каждый из вышеописанных вариантов.

Переносные ракетные печи

Такие конструкции являются наиболее простыми по устройству. Они представляют собой трубы, которые могут быть или согнутыми, или сваренными из отдельных отрезков. В данной конструкции может быть лишь одно усовершенствование; оно касается монтажа специальной перегородки, посредством которой обустраивается зольник. В ней предусматривается специальная прорезь, посредством которой происходит воздушный подсос.

Очень часто в нижней части загрузочной камеры устанавливается колосник, посредством которого осуществляется подача воздуха прямо в зону горения. В проем, предназначенный для закладки дров, устанавливается специальная дверца, необходимая для регулировки подачи воздуха.

Совет! Поскольку мобильная печка предназначена в основном для приготовления пищи, то в верхнем срезе дымоходной трубы желательно предусмотреть подставку для установки посуды.

Конструкция, изготовленная из газового баллона

Ракетная конструкция, изготовленная из баллона

Это следующий этап в эволюции отопительных приборов реактивного типа. Благодаря усложненной конструкции, такая печь обладает большими показателями экономичности и тепловой мощности. При этом изготовить такую печь можно из подручных средств. Понадобится баллон из-под газа, несколько обрезков стальных труб с толстыми стенками, а также лист металла, имеющий 5 мм в толщину.

Совет! Вместо баллона для корпуса может использоваться бачок из-под ГСМ или отрезок трубы, диаметр которой превышает 30 см. Обязательным требованием является наличие толстых стенок конструкции.

Особенности работы печи из баллона заключаются в следующем:

• Дрова загружаются в топливник, воспламеняясь посредством сильного притока воздуха, поступающего через загрузочное окно.
• Горючие газы дожигаются непосредственно в трубе, размещенной внутри баллона. Это происходит благодаря подаче вторичного воздуха.
• Для усиления данного эффекта внутренняя камера должна быть утеплена, что позволяет поднимать внутреннюю температуру более, чем на 1000 градусов по Цельсию.
• Двигаясь по системе, раскаленный газ доходит до колпака, попадая во внешнюю камеру, являющуюся теплообменником.

Схема работы печной конструкции из баллона

• После того, как продукты сгорания остывают, производится их выведение посредством дымохода, установленного в нижней части конструкции с обратной ее стороны.

Важно! Для создания оптимального уровня тяги необходимо расположить верх дымоходной трубы на 4 метра выше загрузочного окна.

Устройство комбинированной конструкции

Комбинированная печка представляет собой агрегат, изготовленный из металлической бочки и кирпича. При этом шамотный кирпич используется не как облицовочный материал, именно из него выкладываются внутренние камеры и топливник. Таким образом, получается стационарный отопительный аппарат, который изготовлен из материалов высокой теплоемкости, а потому отлично накапливает тепло, осуществляя его отдачу в течение нескольких часов.

Совет! Это оптимальный вариант для обогрева жилых помещений.

Конструкция с лежанкой

Один из недостатков реактивных печей заключается в выведении большей части тепла посредством дымохода. Однако этим грешат практически все конструкции, работающие на твердом топливе. И в данном случае этот минус можно легко исключить посредством существенного увеличения длины дымоходных каналов.

Схема устройства ракетной печи с лежанкой

Речь идет о реактивных печах с лежанкой, которые являются отличным воплощением данной идеи. Такие агрегаты могут быть изготовлены из бутового камня или кирпича, в качестве декора используя пластичную массу, созданную из опилок и глины. Высокая теплоемкость используемых материалов позволяет таким конструкциям удерживать тепло в течение всей ночи, что вкупе с экономичностью делает подобные конструкции прекрасным выбором для помещений жилого типа.

Как сделать печь-ракету самостоятельно

Рассмотрим изготовление печи с лежанкой. Благодаря своим высоким техническим характеристикам она является элитой среди отопительных приборов. Это наиболее сложная по устройству конструкция, но благодаря предоставленным ниже схемам и чертежам, построить ее будет не так уж и тяжело. Среднее время строительства составляет около трех дней.

Пошаговая инструкция предполагает проведение следующих работ:

• Углубляем на 10 см то место, где будет сформирован топливник, выложив его шамотным кирпичом. Далее нужно установить опалубку по контуру будущей конструкции.

Совет! Чтобы сделать фундамент более прочным, можно использовать арматуру или строительную сетку, которая укладывается сверху на кирпичное основание.

• Используя уровень, выкладываем основу для рабочей камеры.
• Далее следует заливка конструкции бетоном. Как только раствор схватится, можно продолжать строительство. В среднем раствор сохнет сутки.

Заливаем фундамент

• Укладываем кирпич сплошным порядком, таким образом формируя основание печи.
• Поднимаем боковые стенки, укладывая несколько рядов кладки.
• Теперь обустраивается нижний канал ракеты, согласно порядовки.
• Укладываем ряд кирпичей поперек, тем самым перекрывая камеру сгорания. Необходимо осуществить выкладку таким образом, чтобы райзер (вертикальный канал) и топочный проем остались открытыми.

Формирование камеры сгорания

• Берем старый корпус бойлера, обрезаем его с двух сторон. В итоге должна получиться большая по диаметру труба.
• В нижней части емкости из-под ГСМ необходимо установить фланец, именно в него будет установлена труба горизонтального теплообменника.
• Для обеспечения герметичности необходимо предусмотреть сплошные сварные швы, что позволит существенно обезопасить конструкцию.

Монтируем нижний патрубок посредством сварки

• Далее в бочку следует врезать выходной патрубок. После этого она очищается от ржавчины, покрывается грунтовкой, поверх которой наносится несколько слоев термостойкой краски.
• К горизонтальному дымоходу следует приварить боковой отвод, который будет выполнять роль зольника. Чтобы обеспечить удобство его прочистки, необходимо оборудовать канал герметичным фланцем.
• Используя огнеупорный кирпич, необходимо осуществить выкладку жаровой трубы. Ее внутренний канал должен иметь размер 18 на 18 см, будучи квадратной формы.

Выкладываем жаровую трубу

Совет! Выкладывая внутренний канал, необходимо строго контролировать вертикальность конструкции, используя для этого строительный уровень или обвес.

• На жаровую трубу надевается кожух. В образовавшиеся промежутки необходимо разместить перлит. При этом нижнюю часть райзера необходимо загерметизировать глиняной смесью, что предотвратит просыпание теплоизолятора на пол.
• Теперь следует изготовить топливный колпак. Для этого берется ранее отрезанная часть водонагревателя, к которой нужно для удобства использования приварить ручку.
• Далее необходимо улучшить внешний вид конструкции путем нанесения на нее саманной замазки. Для этого глиняный раствор смешивается с древесными опилками (до 50%).

Выполнение обмазки печного корпуса

Совет! Опилки в замазке выполняют роль щебня в бетоне. Они используются для того, чтобы такая поверхность не растрескалась в процессе высыхания.

• Сверху перлитовая засыпка также запечатывается посредством обмазки.
• Далее формируем лицо печи. На данном этапе необходимо выложить печной контур. Для этого могут быть использованы кирпичи, камень, саман, мешки с песком и т. д. Внутреннюю часть необходимо заполнить щебнем, а верхней придать необходимую форму посредством обмазывания саманной смесью.
• Кожух, изготовленный из металлической бочки, устанавливаем на подготовленное основание, при этом нижний патрубок емкости должен быть направлен в сторону лежанки. Нижнюю часть покрываем глиной, таким образом герметизируя ее.
• Используя гофротрубу, необходимо подвести канал к топливнику. Именно посредством данного канала топка соединяется с внешней атмосферой.

Формирование канала для подачи воздуха снаружи

Важно! Если канал не установить, то печью будет осуществляться потребление теплого воздуха непосредственно из помещения.

• Далее проводится первая растопка конструкции, целью которой является проверка свободного выведения газов посредством горизонтального дымохода.
• Трубы теплообменника необходимо подсоединить к нижнему патрубку. Его следует установить на основании, выложенном из красного кирпича.
• Монтируем дымоходную трубу. Соединения следует уплотнить, используя огнеупорную обмазку и асбестовый шнур.
• Далее следует придать лежанке необходимую форму тем же способом, что и при вышеописанном изготовлении корпуса. При этом поверхность бочки может быть полностью скрыта саманом. Открытой стоит оставить лишь горизонтальную площадку — она впоследствии используется при разогревании пищи.

Так выглядит готовая печная конструкция с лежанкой

Совет! Проводить испытания конструкции следует только после полного высыхания обмазки самана. Если же запустить печку раньше, можно вызвать тем самым растрескивание декоративного слоя.

Заключение

Печь ракетного типа — это экономичный вариант для обогрева жилья и приготовления пищи. Такая конструкция отличается сравнительной простотой, но при этом имеет высокий КПД и длительность автономной работы.

Ракетная печь из профильной трубы своими руками: варианты изготовления, чертежи, фото

Ракетная печка является популярным вариантом, когда речь заходит о создании агрегата своими руками, способного обогреть помещение или стать подобием плиты в походных условиях. Чертежи и схемы подобной конструкции должны иметься в наличии у людей, любящих туризм.

Создать печку своими руками не сложно – потребуется немного времени, подходящие инструменты, материалы, устойчивые к воздействию открытого огня и сильному нагреву. Подобная печка имеет несколько особенностей, отличий, делающих печку выгодным вариантом для изготовления.

Стационарная походная ракетная печь устанавливается, как внутри помещений (коттеджей, дачных домиков) вдоль стены, так и на специальной площадке, в том числе и на открытом пространстве. Подходит для качественного отопления помещения площадью 45-50 м2 (учитывается наличие/отсутствие перегородок, стен, отдельных комнат, высота потолков).

О конструкции

Ракетная печь Робинзон состоит из таких элементов, как:

• Топливник.
• Труба для отвода образующегося дыма.

Особенность конструкции топливный бункер располагается не только по вертикали, но и горизонтально, под углом. Способ размещения зависит от желания человека, особенностей строения, в котором готовая печь будет устанавливаться.

Так выглядит ракетная печь из трубы

Также может быть использован такой вариант, при котором топливный бункер будет располагаться между дымоходом и двумя элементами горизонтального участок трубы. Это делается для того чтобы удлинить нагреваемую в процессе сжигания топлива поверхность, увеличив тем самым КПД и время прогревания помещения.

Обычные схемы для создания печей имеют:

• Топку, расположенную вертикально и соединенную с дымоходом отрезком трубы (длина его может быть разная). Соединяющий элементы участок используется для приготовления пищи (варочная панель).
• Топку, расположенную непосредственно рядом с трубой (схема используется в том случае, когда печь должна выполнять функцию отопительного агрегата).
• Топку, закрепленную под углом к трубе (для удобства закладки топлива в специальный отсек).

Печка может иметь сразу две топки. Особенность – их расположение по бокам конструкции в вертикальном положении. Трубы должны быть с большим размером сечения. Предназначение печи – нагревание емкости с жидкостью, которая устанавливается на специальную подставку (такой вариант используется для подачи горячей воды).

Варианты конструкции

Общий принцип работы

Принцип работы всех разновидностей конструкции – ракеты примерно одинаков:

• Твердое топливо (дрова) закладываются в топку.
• Производится розжиг.
• В процессе нагревания под действием пламени и сгорания вырабатываются газы.
• Начинается их движение по вертикальному участку трубы.
• Подачу обеспечивает специальный канал, по которому быстро движется «вторичный воздух», являющийся уже нагретым.
• Нагретые газы поднимаются к основанию трубы.

Основной принцип работы схож с пиролизными котлами. В результате на выходе из печи, в верхней части конструкции достигается максимально возможная температура. Ее и используют для отопления, нагрева воды, приготовления пищи. Для удобства можно сделать специальную площадку для размещения емкостей, прикрепив ее к верней части трубы.

Большим и значимым для пользователя преимуществом ракетной печи является ее экономичность – дров, а также другие виды твердого топлива, расходуются мало, КПД высокий (около 65%). Для того чтобы повысит качество функционирования достаточно подкинуть в топку опилки, бумагу, ветки или сухую траву.

Простейший вариант ракетной печи

Простая походная печь ракетного типа отличается легкостью самостоятельного изготовления, экономией времени и ресурсов в процессе использования, компактностью размеров и габаритов. На все работы потребуется затратить 2-3 часа с подготовкой инструментов и материалов, что очень удобно в условиях похода или дачи.

Конструктивная особенность, которую нужно учитывать нижняя часть агрегата, выполняющая роль дна топливной камеры (колосника) должна быть выполнена подвижной. Делается это для облегчения процесса закладки дров и загрузки их в топочный бункер.

Если используются щепки, то выдвижной элемент конструкции является удобной подставкой в процессе закладки топлива в печь. Дополнительно подвижная часть значительно облегчает процесс очистки агрегата от золы.

Простая ракетная печь из трубы

Подготовка материалов

Для изготовления ракетной печи потребуется приобрести:

• Трубу с сечением квадрат (15 см×15см×3, 40,5 см) – 1 шт.
• Трубу также квадратной формы (оптимально выбирать 15см×15см×3, 30 см) – 1 шт.
• Стальную полоску (рекомендуемые размеры 30см×5см×3 мм) –таких элементов нужно купить 4 шт.
• Еще вариант стальной полоски ( с параметрами идеальными для работы14см×5см×3 мм) – 2 шт.
• Решетку, выполненную также из хорошего металла (стали) ( выбирать размеры30см×14см) – 1 штука.

Дополнительно потребуется купить стальной прут (3:5 мм) – 2,5 метра, чтобы изготовить решетку самостоятельно при желании. Качественная  печь робинзон своими руками – это минимальные затраты финансов, немного внимания и времени.

Инструменты

Для проведения всех необходимых работ потребуются:

• Болгарка.
• Сварка.
• Ножницы по металлу.

Также нужно иметь защитные очки и перчатки.

Чертеж

Проводятся работы по схеме и чертежу, указанному ниже:

Чертеж простейшей ракетной печи из профильной трубы

Инструкция по изготовлению

Все работы по созданию отопительного устройства должны проводиться поэтапно. Руководство к действию состоит из нескольких шагов, которые нужно выполнять последовательно:

• Трубы квадратные нужно разрезать на заготовки необходимого по чертежу размера.
• Сделать на них разметку с учетом того, что один из их краев потребуется срезать (угол среза составляет 45 градусов). Работы выполняются болгаркой.
• Получившиеся трубы потребуется аккуратно сварить – в итоге должна получиться конструкция, по форме напоминающая сапог.

Делая печь робинзон своими руками и, используя чертежи, важно соблюдать рекомендации по размерам деталей, которые там содержатся. Следующие действия будут такими:

• Делаются пропилы (сверху трубы или по ее бокам) – размеры составляют 20 мм в глубину и 3,5 мм в ширину (в них будет установлена подставка для установки емкостей).
• Стальную полоску (которая имеет параметры 30см×5см×3 мм) 1 штуку из приобретенных, нужно разрезать ровно пополам.
• Вторую оставшуюся полоску из стали (также с параметрами 30см×5см×3 мм) разметить точно посередине.
• Приварить к ней для качественного выполнения всех этапов работ, элементы с двух сторон от разрезанной полосы (должна получиться крестообразная форма).
• Стальные полосы (размеры, которые нужно выбрать 30см×5см×3 мм) – оставшиеся 2 штуки и оставшиеся отрезки длинной 14 см сваривается рама, которая будет выдвижной.
• Элементы привариваются не рядом, а внахлест.

Далее проводятся  следующие работы, которые являются завершающими.

Сверху уже готовой рамы, используя точечный сварочный аппарат, прикрепляется готовая решетка (приобретенная дополнительно/специально) или нарезанные по нужной  длине части прута из хорошей стали. Расстояние, на котором прикрепляются части, составляет 1 см. Затем, сверху трубы устанавливается подставка, решетка задвигается в топочный бункер. Основные работы про производству печи можно считать законченными.

Наступает этап проверки и поведения испытаний. Требуется заложить в топку немного твердого топлива и растопить печь, если не выявлено проблем в ее работе, нужно дождаться полного остывания всех элементов конструкции. В завершении можно провести работы по окраске печи, чтобы защитить части от коррозии. Для этого применяется жаропрочная краска. Повысить комфорт эксплуатации можно, приварив к дверце топочной камеры ручку.

Печь Робинзон

Удобная и функциональная Ракетная печь Робинзон является отличным вариантом для использования в походе или на даче. Изготовить ее также не сложно, используя чертежи и схемы. Своими руками легко можно создать агрегат, который будет очень похож на заводской.

Печь Робинзон

Материалы

Для изготовления своими силами качественного изделия для обогрева потребуется приобрести следующие материалы:

• Лист стали (для изготовления корпуса топочного бункера размером15см ×10см×30 см ) – 1 штука, толщина 3 мм.
• Пластинки из качественной стали (не менее 3 мм) параметры материала составляют 30см×15 см –их потребуется взять 2 шт.
• Стальные крепкие пластинки с показателями 10см×30 см – согласно классическому варианту проекта потребуется 2 шт.
• Пластины, также выполненные из хорошей стали 10см×15 см – 1 штука.
• Металлическая пластина параметры: 15см×20см×3 мм – 1 штука (для изготовления поддувала).
• Труба, диаметр которой равен10 см (высота 60 см) – 1 штука (металлическая).
• Отрезки от арматуры диаметром в 7 или 8 мм – 1,2 метра (потребуется для изготовления решетки колосника).
• Кольца, диаметр которых не меньше 3 см – 3 шт.
• Вертикальный стояк (10 см) – 1 шт.
• Кольцо диаметром 11 см – 1 шт.
• Гайки ( выбирается значение детали d13) – 3 штуки.
• Отрезок стальной трубы с резьбой – их нужно для работы 3 шт.

Инструменты

Для проведения всех необходимых работ потребуются, как и в прошлом варианте:

• Болгарка.
• Сварка.
• Маркер.
• Ножницы по металлу.

Также нужно иметь защитные очки и перчатки.

Чертеж

Походная печь Робинзон своими руками собирается по следующему чертежу:

Чертеж печи Робинзон

Пошаговая инструкция

Все основные работы потребуют аккуратности, внимания, но не отнимут много времени – около 3 часов с подготовкой. Основные действия предполагают следующие шаги:

• Подготовка пластины, которая будет отделять в готовой конструкции топку от поддувала – потребуется приварить к ней отрезки арматуры (расстояние 1 см от каждого элемента) – в итоге получится колосниковая решетка.
• К имеющейся в числе материалов для изготовления пластине для удобства прикрепляется колосниковая решетка, после, используя сварочный аппарат, нужно надежно полученный элемент прикрепить к боковым и задней стенке будущей топки. Особенность работ: нужно перед началом приваривания отступить от низа по краю30 см.
• Следующий шаг проведения работы – сваривание угловых элементов соединений задней и боковых стенок топочной камеры.
• Затем приваривается дно камеры.

После этих этапов следует переходить к завершающим действиям. Здесь выполняются такие действия, как прикрепление гаек, которые нужны, чтобы печь устойчиво стояла. Далее к ним при желании крепятся ножки. Затем действия такие:

• Крышка топки, если она предусмотрена выбранным вариантом чертежа, прикрепляется к корпусу (используется сварка).
• Следующий этап – разметка трубы (для этой цели потребуется использовать яркий маркер по металлу).
• После производится срез под углом в 300 (получается по очертанию правильный овал).
• Каждую из обязательных к использованию труб из комплекта материалов нужно приставить отверстием овальной формы ровно к середине крыши конструкции.
• Потребуется обвести трубу (маркером).
• Получившейся рисунок нужен для того, чтобы по его контуру провести вырезку отверстия (работа осуществляется с использованием сварки, напряжение может потребоваться увеличить).
• Затем в получившееся отверстие вваривается труба, расположить ее по схеме нужно вертикально.

Дополнительно рекомендуется на трубу нужно надеть, а затем и закрепить подставку (для емкости/кастрюли с едой или водой).

В конце прикрепляются ножки (по желанию), проводится первый пробный запуск (с минимумом твердотопливного элемента). Если захочется открасить конструкцию, то перед этим нужно полностью остудить всю конструкцию.

Готовая самодельная печь Робинзон

Усовершенствование конструкции

Удобная походная печь Робинзон своими руками собранная по схеме, может быть усовершенствована.

Первое, что можно сделать – приварить к основной конструкции дверку с ручкой, чтобы иметь возможность контролировать количество выделяемого тепла или количество дров в топке. Она будет открываться не в сторону, а  вверх.

Оптимальный вариант – изготовление заслонки, которая будет открываться в нескольких положениях:

• вниз или влево,
• затем вправо.

Такую заслонку нужно установить в приваренные заранее на стенки уголки, размеры выбираются 1Х1 см или, как вариант для увеличения -1,5 смХ1,5 см.

Дополнительные способы усовершенствование печи «Робинзон» увеличение толщины стали для топочной камеры с 3 до 5 мм.

Для участка, где труда проходит вертикально, можно использовать квадратное, а не овальное отверстие.

Подставку и ножки можно создавать из различных материалов, используя наиболее удобные варианты.

Последнее, что можно сделать: к топке приварить широкую металлическую пластину или прикрепить металлические уголки к трубе, чтобы ставить на них емкость для воды. Таким образом получится ракетная печь с варочной поверхностью.

Ракетная печь с варочной поверхностью

Печь Антошка

Этот востребованный вариант туристическо-походного типа печи потребует несколько больше времени на самостоятельное изготовление. Печь-ракета модели «Антошка» отличается удобством конструкции. Особенность печи этого типа – присутствие дополнительной нагреваемой в процессе работы агрегата плоскости.

Она является также подставкой для емкости (варочная панель) и усилителем нагревания помещения. Следовательно, печь «Антошка» может быть использована для обеспечения горячей водой дачного дома или туристического лагеря.

Печь Антошка

Материалы

Для того чтобы самостоятельно изготовить печку, нужно приобрести следующий набор материалов:

• Трубы квадратной формы (с параметрами материала 15 см×15см×3 мм. Учитывается и длина, которая в этом варианте должна быть 40,5 см) 1 шт и (15см×15см×3 мм, также длина элемента равняется 18 см) 1 шт и (10 см×10см×3 мм, с длиной изделия 60,5 см) – 1 шт.
• Пластинка металл/сталь (30см×15см×3 мм ) – 1 шт.
• Пластина также выполненная из хорошего, устойчивого к нагреванию металла (параметры должны быть такими – 15см×15см×3 мм ) -1 шт.
• Металлический качественно выполненный уголок (5см×5см×3, длина 30 см) – 1 шт.
• Уголок из металла большего размера (5см×5см×3, длина 40,5 см) – 1 шт.

Дополнительно потребуется арматура/прут диаметром 8 мм, длина материала составляет в этом варианте исполнения 30 см –  таких прутов потребуется приобрести 4 шт.

Для изготовления собственными усилиями колосниковой решетки потребуется арматура диаметром 8 мм, длина ее равна 17 см – 8 штук. Важно не забыть приобрести треугольные металлические косынки, которые потребуется использовать для установки варочной панели, сталь в них должна быть 3 мм – 2 штуки.

Инструменты

Для проведения всех необходимых работ потребуются, как и в прошлом варианте:

• Болгарка.
• Сварка (для надежного крепления всех элементов).
• Маркер.
• Ножницы по металлу (для работы с мелкими элементами).

Также нужно иметь защитные очки и перчатки.

Этапы изготовления

Для изготовления печи «Антошка» потребуется сделать:

• Разметить имеющуюся в материалах трубу (поставить ее вертикально).
• Сделать на ней затем аккуратные срезы, выполнив их под углом в 300.
• В задней части трубы, предназначенной для топки, вырезать отверстие, размер которого составляет 12×10 см.

Вторая часть работ:

• В нижней части элемента также важно не забыть вырезать отверстие, размер которого немного увеличится и будет составлять по чертежу 15×15 см.
• Далее потребуется произвести соединение этих двух элементов.
• Задняя стена топки должна быть заварена заранее подготовленной для этого пластиной из огнестойкой и качественной стали.

После к нижнему отверстию вариации ракетной печь робинзон снаружи  нужно приварить отрезки металлических прутов. Расстояние, на котором проводится работа, составляет 1-1,2 см. далее работа предполагает следующие действия:

• Для изготовления такой части агрегата отопления, как камера поддува (поступления воздуха) используется отрезок размером 18 см, являющейся частью квадратной трубы. Без нее функционирование печи в целом не допускается по соображениям безопасности.
• На нем нужно сделать срез под углом в 300 (в итоге размер этой часть конструкции составляет 10×18 см).

Получившаяся деталь должна иметь дно и две стенки. Ее лучше всего поставить на подставки – так достигается комфорт для последующей работы. Их изготавливают из металлических уголков, прикрепляют путем приваривания к дну конструкции.

Далее начинается работа над основной частью печи (верхней). Шаги будут следующими:

• Топка будущей печи (верхнему отверстию) – к ней приваривается или иным способом крепится (если сварка отсутствует) имеющаяся в комплектации материалов труба. Ее важно крепить в строго вертикальном положении. Здесь важно помнить, что требуется соблюдать максимальную аккуратность.
• Изделия треугольной формы, выполненные из металла (на качестве здесь лучше не экономить), нужно поставить на ребро, что повысит устойчивость этой части конструкции для создания необходимой комбинации элементов.
• Затем их приваривают/прикрепляют к трубе и дополнительно к верхней части конструкции.
• Продолжается создание агрегата тем, что к краю топочного отверстия, который находится вверху (передний по отношению к мастеру, выполняющему работу) приваривается пластина размером 3дм×1,5 дм×3 мм.

Завершающая часть создания: нужно приварить к верхней части вертикально расположенной трубы уголки – это будет подставка, на которую устанавливается емкость для приготовления пищи или разогрева еды. Арматуру нужно согнуть (900  полуокружность), получившиеся уголки привариваются к трубе с четырех сторон на расстоянии 30 см друг от друга.

Вывод

Печь Робинзон имеет различные варианты для изготовления. Это не только хороший вариант для отопления небольшого дома или палаточного городка в условиях похода, но и настоящая варочная панель, способная обеспечить горячей пищей. Дополнительно, используя печи Робинзон, изготовленной своими руками, в которой имеется крепление для емкости с водой, можно обеспечить подачу горячей воды.

Загрузка…

Робинзон Крузо управляет вопросами: настольные игры

Итак, мне наконец удалось поймать копию Робинзона Крузо благодаря boardgamebliss, и она появилась несколько дней назад. Мой SO и я до сих пор разыграли два полных сценария (1 и 2), выиграв оба с приемлемым отрывом, и нашли это весьма приятным.

У меня было несколько неудобных вопросов о правилах, и я также искал краткое изложение общих моментов сложности, так как меня несколько беспокоит, насколько легко это было до сих пор.

Вопросы:

• При использовании пятницы (что, как я понимаю, вы делаете с 2 игроками) он говорит, что он может потратить 2 своего определения, чтобы перебросить любой кубик действия.Это любой кубик действия, который бросает ОН как часть отдельного действия, или любой кубик действия, брошенный любым игроком?

• Что касается способностей персонажей, то в книге правил говорится, что вы можете применять эти навыки в любое время, кроме «во время разрешения события, эффекта и т. Д.». Следует ли это интерпретировать как то, что вы не можете использовать умение персонажа, чтобы повлиять на разрешение любой карты, после того, как карта была раскрыта (поэтому я не могу, например, перевернуть карту зверя во время охоты, и ЗАТЕМ использовать способность солдата поднимать боевая мощь?)

• Что касается охоты, когда вы берете карту зверя для добавления в охотничью колоду, сможете ли вы увидеть, что именно вы добавляете, или увидите ли вы карту зверя в первый раз быть когда его на охоте тянут?

• Кроме того, что касается действий «в любое время», это указывает на то, что жетоны обнаружения можно использовать в любое время (за исключением тех, которые исцеляют, что может быть выполнено только во время ночной фазы.) Можно ли использовать жетоны открытия (которые находятся в области доступных ресурсов) между открытием карты приключения / зверя / события и ее разыгрыванием, или они ограничены в этом отношении так же, как способности персонажа?

• А как насчет стартовых предметов? Они также ограничены в их применении «в любое время», как и навыки персонажа, или они действительно в любое время?

• Снова по поводу жетонов открытия, здесь упоминается, что 2 жетона еды гниют ночью, если их не съесть или не хранить иным образом.Нет такого упоминания о жетоне 1 мех + 1 еда, можно ли предположить, что он продлится всю ночь, если его не съесть?

• Исследователи умеют вытягивать 2 жетона открытий, оставьте один. При сбросе (а также при сбросе использованных жетонов) они выходят из игры или возвращаются в сумку / стопку?

• Умение плотника вытянуть 5 карт изобретений и оставить одну, возвращаются ли невыбранные карты в верхнюю часть колоды, замешиваются обратно в колоду, сбрасываются или другие?

• Карты приключений с исполнением колоды событий: после применения штрафа они указывают на сброс жетона отслеживания соответствующего типа («Жетоны особых ран»).Я предполагаю, что вы сбрасываете только один жетон, соответствующий только что нанесенной дополнительной ране, а не все экземпляры этого жетона на всех персонажах.

• Сценарий 2 туман. Если вы затуманиваете свой тайл лагеря, он говорит, что вы не генерируете ресурсы из этого тайла. Что насчет ресурсов, «добавленных» к этой плитке с помощью жетонов еды / дерева +1 или ярлыка? Они так же заблокированы?

• Если вы игнорируете 1 зимнее облако (скажем, построив печь), вы игнорируете просто зимнюю часть облака (продолжая считать ее обычным облаком для кровельных целей) или полностью игнорируете ее ?

Обычное оружие — Атомные ракеты

В научной фантастике отсутствует реалистичный и обоснованный взгляд на пучки частиц.Мы планируем сделать это сейчас.

Прочитав это, вы можете решить предоставить пучкам частиц их законное место рядом с лазерами в качестве средства передачи энергии, приведения в движение космических кораблей или нанесения повреждений на больших расстояниях.

Этот пост посвящен пучкам частиц, развернутым и используемым в космосе. Все утверждения и расчеты здесь основаны на бумаге и исследованиях, на которые есть ссылки повсюду. Первые разделы посвящены точным наукам о пучках частиц и характеристикам, достигаемым с помощью существующих ускорителей.Затем мы переходим к правдоподобно экстраполированной производительности, а затем к обоснованным размышлениям о том, как их можно разработать и использовать, прежде чем закончить темами, наиболее актуальными для авторов научной фантастики и строителей мира.

---

Пучки частиц

Пучки частиц — это поток электронов, ионов или нейтральных атомов, которые были ускорены до высокой скорости ускорителем от источника частиц. Пучки частиц используются по-разному. Все, от электронных микроскопов до лечения рака, включает пучок частиц.Типичным примером ускорителя частиц является медицинский рентгеновский аппарат. Он производит пучок электронов, которые излучают рентгеновский свет при попадании в металлическую цель.

Они широко используются в исследованиях. Некоторые из самых дорогих исследовательских проектов связаны с ускорителями частиц, такими как Большой адронный коллайдер или Стэнфордский центр линейных ускорителей. Пучки, создаваемые там, обычно состоят из электронов или протонов, а также тяжелых ионов, таких как свинец и уран. Фактически, любую заряженную частицу можно ускорить в ускорителе частиц.

Эта технология также была в центре внимания Стратегической оборонной инициативы еще в 1980-х годах, кульминацией которой стал запуск в космос спутника, оснащенного ускорителем, для проверки характеристик пучков частиц на разных высотах.

Для описания характеристик пучков частиц мы могли бы использовать стандартные единицы, такие как скорость в метрах в секунду или энергия частиц в джоулях. Однако типичный луч очень релятивистский (90% + скорость света или 0,9 C), и каждая частица имеет очень небольшое количество энергии (сотая миллиардная джоуля или меньше).

Вместо этого используется специализированный набор единиц, и релятивистский калькулятор энергии — лучший инструмент для работы с ними.

Мы используем бета-фактор ( β ) со значениями от 0 до 1, чтобы описать отношение скорости частицы к скорости света (в вакууме). β = 0,875 означает, что луч движется со скоростью 0,875 C (87,5% скорости света в вакууме).

Фактор Лоренца или гамма ( γ ) описывает интенсивность релятивистских эффектов. А 0.9 электронвольт или 2 ГэВ), мы получаем бета 0,528 и гамма 1,177. Если у нас есть ток этих ионов углерода, движущихся в пучке (например, 0,00001 А или 10 мкА), мы можем умножить его на энергию частицы в эВ, чтобы вычислить полную мощность пучка в ваттах (2 ГэВ * 10 мкА: 20000 Вт или 20 кВт).

Эти цифры будут иметь решающее значение для понимания характеристик и требований ускорителя частиц.

---

Ускоритель

Характеристики ускорителя частиц возобновляются в их эффективности (%), градиенте ускорения (вольт на метр или В / м) и массе на метр длины (кг / м).Запуск и сборка космического оборудования по своей сути является дорогостоящим. Тем более, что его перемещать. Расходы пропорциональны массе оборудования, поэтому лучший ускоритель — это тот, который имеет наивысшую производительность на килограмм. Высокая эффективность — это хорошо, потому что это означает меньшую массу, выделяемую на системы охлаждения. Для более короткого и легкого ускорителя желателен высокий градиент ускорения. Также нужна небольшая масса на метр.

Именно по этим характеристикам мы оцениваем основные типы ускорителей частиц.

Первый и самый старый тип — электростатический ускоритель. Он работает путем приложения большой разницы напряжений между анодом и катодом, разделенных зазором. Максимально возможное напряжение ограничено электростатическим пробоем, когда электроны сами прыгают через зазор.

Ускорители Ван де Граффа являются основным примером этой конструкции. В настоящее время максимальное напряжение составляет примерно 25 миллионов вольт (МВ), а градиент ускорения составляет в среднем 0,5 МВ / м.

Тандемные электростатические генераторы достигли общей мощности 40 МВ.

Для достижения более высоких энергий и лучших градиентов ускорения используются индукционные ускорители.

Бетатроны являются примером этой конструкции, и они представляют собой разновидность циклотрона. Градиент ускорения составляет около 1 МВ / м, но он быстро падает, когда частицы начинают достигать релятивистских скоростей.

Радиочастотные ускорители являются доминирующим типом высокоэнергетических ускорителей, используемых сегодня.

Они используют радиочастотные (RF) резонаторы для создания разности напряжений, над которой ускоряются частицы.Полости — это просто «зеркальные коробки» для радиоволн. Внутри ящиков они подпрыгивают вверх и вниз с очень определенной скоростью. Когда пучок частиц попадает в один конец полости, он встречает радиоволну. Волна имеет электрическое поле, тянущее луч, что соответствует напряжению.

Как только пучок частиц выходит из резонатора, он попадает в дрейфовую трубку, которая защищает его от притяжения радиоволн в противоположном направлении. Таким образом пучок непрерывно ускоряется рядом полостей.Разделив разность напряжений между концами полостей на расстояние, на которое пересекает луч, мы получим градиент ускорения. Типичные ускорители частиц имеют градиент ускорения 20 МВ / м. Они ограничиваются радиочастотными волнами, поглощаемыми стенами в виде тепла.

Альтернативой является использование сверхпроводящих ВЧ ускорителей.

Криогенно охлаждаемые полости из металлического ниобия не имеют электрического сопротивления и не поглощают радиочастотные волны. Это означает, что возможны очень высокие градиенты ускорения, не беспокоясь о проблемах с нагревом.

Сверхпроводящие ВЧ ускорители (SRF) регулярно достигают 25-40 МВ / м.

Определенные конфигурации, такие как ускорители бегущей волны, необходимы для высокорелятивистских электронов, но это не относится к гораздо более массивным ионам. Это позволяет очень коротким ускорителям достигать очень высоких энергий.

Ускорители SRF могут быть круговыми или линейными.

Круговые ускорители позволяют использовать короткую длину ускорения снова и снова.

Однако ему нужны мощные и, следовательно, тяжелые магниты, чтобы продолжать изгибать луч в круг по мере увеличения энергии частиц.Кроме того, изгиб луча высвобождает синхротронное излучение, которое истощает энергию частиц. Небольшой круговой ускоритель, который может поместиться внутри космического корабля, будет ограничен в энергии частиц, которую он может достичь, и будет иметь несколько источников неэффективности.

Линейные ускорители или «линейные ускорители» не искривляют пучок. Вся затраченная энергия идет на ускорение луча. Однако возможен только один проход, поэтому необходимы сильные градиенты ускорения.

Необязательно выбирать одно или другое.Круговой ускоритель может использоваться для увеличения скорости частиц и последующей передачи их на линейный ускоритель для окончательного разгона. Рециркуляционный линейный ускоритель можно было бы выбрать как своего рода гибрид: после прохождения ускорительной секции луч поворачивается на 180 градусов для второго прохода.

Какой бы ни была выбрана точная конфигурация, ускоритель SRF на космическом корабле будет иметь длину и, следовательно, массу, пропорциональную энергии частицы, которую мы хотим получить. Если нам нужны частицы с энергией 100 МэВ, мы делим энергию на количество зарядов и градиент ускорения, чтобы найти длину ускорителя.Например, ионы кислорода 2+ и градиент 25 МВ / м могут достичь 100 МэВ всего за 2 метра, в то время как для ионов лития 1+ и градиента 10 МВ / м потребуется 10 метров.

В последние годы появилась новая технология ускорителей: плазменные ускорители кильватерного поля.

Они используют интенсивный лазерный импульс для создания трубки из плазмы, лишенной электронов. Электроны устремляются обратно в виде волны. Множественные импульсы создают серию волн, бегущих с релятивистской скоростью. Они могут тянуть частицы за собой, создавая экстремальные градиенты ускорения порядка 10 ГВ / м.Однако их эффективность ужасна (~ 0,1%), а их длина ускорения измеряется в сантиметрах, что делает их непригодными для чего-либо, кроме исследователей. Их недостатки могут исправить даже более свежие разработки.

В оставшейся части этого поста мы будем предполагать, что используются линейные ускорители SRF.

---

Расходимость пучка частиц

В космосе расстояния огромны. Пучки частиц должны пройти тысячи километров, чтобы быть полезными. Дивергенция очень важна в космосе из-за этих расстояний.

Дивергенция — это отношение поперечного распространения к поступательному движению, выраженное в радианах. Для большинства описанных здесь случаев мы будем использовать миллирадианы «мрад» или микрорадианы «мрад». Чтобы внести поправку на релятивистские факторы, его необходимо дополнительно разделить на гамма-фактор «γ».

Большая расходимость означает, что луч распределяет свою энергию по большой площади на небольшом расстоянии, что затрудняет использование для таких целей, как передача энергии или движение. Низкое расхождение позволяет сфокусировать его на достаточно маленьком месте, чтобы стать опасным оружием.Чем меньше расходимость, тем на большем расстоянии луч остается полезным.

Утверждается, что пучки частиц распространяются слишком быстро, чтобы их можно было использовать на большие расстояния. Это верно … для заряженных пучков частиц.

Все ускорители производят пучки заряженных частиц. Самоотталкивание между ионами одинакового заряда вызывает электростатический эффект. Это очень быстрое расширение луча, которое расфокусирует его и быстро распространит его энергию. Хуже того, если бы луч находился рядом с магнитным полем планеты, его траектория отклонилась бы от курса.0,5

RDD — расстояние удвоения радиуса в метрах
BR — начальный радиус пучка в метрах
β — бета-фактор
γ — гамма-фактор
M — масса иона в г / моль
IB — ток пучка в амперах
Z — заряд частицы

Мы можем вычислить, что пучок 0,1 мА ионов углерода 200 МэВ с зарядом 3+ (β: 0,186, γ: 1,02, IM : 12 и Z: 3) и начальный радиус 0.1 м будет иметь расстояние удвоения радиуса 9 232 метра. Он преодолевает это расстояние за 165 микросекунд. Поскольку увеличение радиуса приводит к увеличению расстояния удвоения, потребуется 330 микросекунд, чтобы радиус удвоился с 0,2 до 0,4 м, и 660 микросекунд, чтобы увеличиться с 0,4 до 0,8 метра и так далее.

Экспоненциальный характер расстояния удвоения радиуса означает, что для определения расстояния, на котором луч расширяется в соотношении

Пучки заряженных частиц не могут пересекать тысячи и десятки тысяч километров, которые разделяют объекты и корабли в космосе, не расширяясь до огромные размеры.

Но так быть не должно.

Электростатическое поседение можно предотвратить, сделав дополнительный шаг после прохождения пучка заряженных частиц через ускоритель: нейтрализация. Это превращает заряженные частицы в нейтральные атомы путем добавления или вычитания электронов. Нейтральные лучи не страдают от электростатического поседения, но все же подвержены тепловому расширению.

Тепловое расширение происходит из-за случайного движения частиц внутри луча. Это движение аналогично движению молекул в газе и пропорционально температуре и молярной массе частиц.0,5, если использовать электронвольты для температуры и г / моль для молярной массы.

Частицы лития с температурой 1 эВ и молярной массой 7 г / моль будут расширяться на 6,43 км / с во всех направлениях. Это ничтожно малая скорость в продольном направлении (частицы лития будут ускорены ускорителем до нескольких тысяч км / с), но критична в поперечных направлениях.

Дивергенция — это простое соотношение между скоростью расширения балки и скоростью перемещения. Если разделить поперечную скорость на скорость луча, мы получим расходимость в радианах.Умножение расходимости на расстояние, которое должен пройти луч, дает радиус луча на расстоянии. Его также называют радиусом пятна, аналогично размеру пятна прожектора на земле.

Если литиевый пучок был ускорен до скорости 72 330 км / с (энергия пучка 200 МэВ) и имел температуру 1 эВ, мы можем вычислить расходимость 0,0000889 радиан или 88,9 микрорадиан. Если луч должен пройти 1000 км, у него будет радиус луча 88,9 метра (и диаметр луча 177.8 метров). Его энергия будет распространяться по всей площади этого пятна.

Уменьшая температуру или увеличивая массу частицы, мы могли ожидать меньшего расхождения. Если бы мы использовали ионы с температурой 0,1 эВ вместо 1 эВ, мы бы ожидали меньшей расходимости в 3,16 раза. Если мы заменим ионы лития (7 г / моль) на ионы цезия (133 г / моль), то можно ожидать уменьшения расходимости в 4,36 раза. Меньшая расходимость обеспечивает меньший размер пятна на всех расстояниях и лучшую фокусировку энергии луча.

На этом большинство надписей на пучках частиц заканчивается. Дальнейшие исследования показали, что с расходимостью пучка частиц не все так просто.

Более тяжелая частица, например, также будет двигаться пропорционально медленнее. Дивергенция — это соотношение, и если и поперечная, и продольная скорость уменьшаются на одинаковую величину, соотношение сохраняется.

Температура пучка — сложная тема. Сверхпроводящие ускорители с хорошим контролем пучка не должны вызывать нагрева частиц.Что же тогда определяет температуру в первую очередь?

Что из всех других факторов, влияющих на скорость распространения луча? Почему «расхождение» не дает много результатов в поиске в Интернете?

Это связано с тем, что физики элементарных частиц используют другую меру производительности ускорителей: эмиттанс. Попробуем объяснить, что это такое, и использовать его, чтобы ответить на наши вопросы.

---

Эмиттанс, рост эмиттанса и источники ионов

В научной литературе расходимость пучка частиц редко указывается или используется.Вместо него используется «Emittance». Это результат умножения расходимости луча на его радиус, чтобы получить меру в «метрах-радианах». Из-за низких значений в большинстве ускорителей предпочтительны «миллиметры-миллирадианы» или мм-мрад. Один м-рад равен миллиону мм-мрад.

Эмиттанс описывает средний разброс частиц, как и расходимость, но он также помогает учитывать ширину луча, любые возмущения или ошибки, любые недостатки ускорителя и другие факторы. 6)

Расходимость будет в радианах
Эмиттанс в мм-мрад
Радиус луча в метрах

Эмиттанс — очень полезная мера для прогнозирования характеристик будущих ускорителей.Если мы возьмем результаты небольшого лабораторного ускорителя с шириной пучка 1 мм, мы сможем вычислить расходимость пучка из увеличенной версии с шириной пучка 10 см.

К сожалению, эмиттанс сообщается очень непоследовательно. Одно значение эмиттанса в одной статье будет означать нечто отличное от другого значения в другой публикации. Способ сообщения об эмиттансе также изменился со временем. Ранние исследования могли дать число в «мм-мрад», которое не учитывало релятивистские эффекты. В более поздних работах дается «нормализованный» коэффициент излучения в «π мм-мрад».Чтобы преобразовать одно в другое, вам нужно разделить на π и вычислить гамма-фактор… несмотря на то, что оба они называются «эмиттансом». Также обратите внимание на то, отображается ли значение на входе, на полпути или на выходе из акселератора. Чтобы еще больше запутать ситуацию, эмиттанс может рассчитывать радиус луча, начиная с разных расстояний от центра луча, создавая очень разные показания для одного и того же луча.

Принимая во внимание все эти предостережения, мы можем начать быстро взглянуть на эмиттанс прошлых и настоящих ускорителей.

Как видим, есть потенциал для улучшения. Если вы посмотрите документы, указанные выше, вы увидите отчеты о нескольких выбросах на выходе из инжекторов или на входе в ускорители и так далее. Когда луч проходит через ускоритель, он немного возмущается магнитными полями и слегка нагревается из-за столкновений между частицами. Это приводит к постепенному увеличению эмиссии от входа до выхода. Мы называем это «ростом эмиссии».

Было приложено много усилий для снижения роста эмиссии.

Как видно из этих исследований, рост эмиттанса в современных ускорителях может составлять от 5% до 90%.

Ценная правда изложена во введении к этой статье: эмиттанс в основном обусловлен ионным источником.

Таким образом, источники ионов являются основными определяющими факторами эмиттанса ускорителя. В эксперименте BEAR мы видим, что эмиттанс на выходе из инжектора ионов такой же, как и на выходе из всего ускорителя.

Источник ионов, как следует из названия, — это устройство, которое питает ускоритель ионами.Существует большое количество вариантов с разными токами (количество высвобождаемых заряженных частиц в секунду), плотностями тока (ток на площадь), эффективностью, напряжениями и другими параметрами.

Не будем детализировать весь список. Как правило, источники ионов составляют небольшую долю потребляемой мощности, веса и размера ускорителя частиц. Однако свойства пучка, создаваемого ионным источником, определяют общие характеристики. Имеет смысл выбрать источники ионов, которые производят лучи высокого качества, даже если для их получения придется пожертвовать эффективностью или массой оборудования. 0.5

Эмиттанс будет в мм-мрад
Радиус апертуры должен быть в метрах
T в эВ
M — молярная масса в г / моль

Ввод значений из исследования (0,1 эВ Аргон 1 + пучок 18 г / моль, выходящий через апертуру радиусом 1,5 мм) мы находим очень похожий эмиттанс 0,0073 мм-мрад.

Чтобы на мгновение вернуть это расхождение, мы можем вычислить, что линейные ускорители MBE-4 имеют расхождение 4.8 мкр.

Уравнение также предполагает, что чем меньше апертура ионного источника, тем меньше эмиттанс. Однако ионный ток пропорционален площади поверхности апертуры, поэтому это может ограничить доступный ток… если несколько источников ионов малого радиуса не объединены в один пучок, чтобы получить лучшее из обоих миров: самый низкий эмиттанс и высокий ток.

Другой способ обойти низкий ток — использовать импульсный режим работы. Небольшое и легкое накопительное кольцо с низким энергопотреблением может накапливать выходную мощность источника ионов, работающего непрерывно, и периодически высвобождать ее в виде сильноточного всплеска.

Низкий эмиттанс ионного источника, подобного тому, который используется в линейном ускорителе MBE-4, возможен только потому, что он производит ионы с единичными зарядами. Они требуют наименьшего нагрева и наименее интенсивных магнитных полей.

Во многих случаях желателен ион с несколькими зарядами. Ион с большим количеством зарядов набирает энергию пропорционально быстрее, чем ион с меньшим количеством зарядов. Ион урана 12+, например, получит 120 МэВ энергии после прохождения через ускоряющий градиент 10 МВ. Вместо этого ион урана 35+ получит 350 МэВ.Потенциальное уменьшение длины ускорителя, необходимого для достижения определенного уровня энергии, очень интересно, поскольку это привело бы к значительному уменьшению массы ускорителя.

Лучшим источником высоко заряженных ионов является ионный источник электронного циклотронного резонанса.

Он способен обрабатывать все элементы и достигать очень высоких зарядовых состояний, снова и снова бомбардируя ионы энергичным электронным пучком. Столкновения передают ионам необходимую энергию ионизации, которая может достигать нескольких кэВ.2 * B / MCR

Эмиттанс в мм-мрад.

Радиус апертуры в миллиметрах.

B — напряженность магнитного поля в теслах.

MCR — отношение массы к заряду.

Для тяжелых ионов B составляет от 0,5 до 2 Тесла, а MCR для чего-то вроде кислорода 2+ составляет 16 больше 2 (что составляет 8). Мы находим эмиттанс от 0,03 до 0,05 мм-мрад при использовании более тяжелых элементов висмута и криптона. Для ECRIS нам нужны самые тяжелые ионы и наименьшие апертуры, чтобы минимизировать эмиттанс.

ECR могут стать довольно тяжелыми. Им нужны большие магниты и соответствующие системы охлаждения. Для случаев, когда достижение минимально возможного эмиттанса не является приоритетом, а получение высоко заряженных ионов является приоритетом, существует альтернатива: фольга или газовые стрипперы.

Он состоит из двух этапов. Во-первых, ион получает небольшой заряд и ускоряется до умеренно высоких энергий с помощью отдельного ускорителя. Затем ион ударяется о стриппер, который представляет собой газ определенной длины (легкие ионы) или металл определенной толщины (тяжелые ионы).Удар высвобождает достаточно энергии, чтобы оторвать большую часть электронов вокруг иона. Возможны экстремальные зарядовые состояния, такие как Pb 82+, если частицам было дано достаточно энергии для начала.

В процессе зачистки сохраняется большая часть энергии пучка, но страдает эмиттанс. Современные стрипперы ионов достигают эмиттанса порядка 0,1 мм-мрад.

Одного излучения недостаточно, чтобы использовать пучок частиц. Очень низкий эмиттанс в луче, выходящем через очень маленькое отверстие, по-прежнему обеспечивает высокую расходимость луча.В ионных источниках попытка добиться более низкого эмиттанса также включает в себя уменьшение их апертуры, что не приводит к улучшению расходимости.

Если пучки частиц не могут достичь достаточно низкой расходимости, тогда лазеры останутся лучшим вариантом …

---

Оптика пучка

Радиус пучка можно увеличить за счет использования оптики пучка. Увеличение радиуса луча с низким коэффициентом излучения приведет к очень малой расходимости. Точно так же, как лучи света, которые могут быть изогнуты, сфокусированы или расфокусированы линзами, лучами частиц можно управлять с помощью электростатических или магнитных линз.

Электростатические линзы создают градиент напряжения от центра пучка частиц к его краю. Заряженная частица, движущаяся около центра, не подвергается воздействию. Частица, движущаяся ближе к краям, либо толкается внутрь (фокусировка), либо вытягивается наружу (расширяясь) градиентом напряжения.

Электростатические линзы становятся менее эффективными по мере увеличения скорости луча. Это означает, что они отлично работают с нерелятивистскими пучками, но градиенты напряжения, необходимые для воздействия на пучки высокой энергии, быстро становятся непрактичными (электростатические линзы ограничены теми же 10 МВ / м, что и электростатические ускорители).

Электромагнитные линзы используют магнитные поля для отклонения ионов.

Они становятся более эффективными по мере увеличения скорости луча, что позволяет им намного легче обрабатывать релятивистские лучи. Однако они больше и тяжелее электростатических линз для той же фокусирующей способности из-за необходимости использования сильных магнитов.

Две линзы, работающие вместе, могут уменьшить расхождение. Луч сначала расширили бы от его узкого диаметра до большего диаметра. Затем его расширение будет исправлено, и он будет сфокусирован на далекой точке.Эмиттанс не меняется во время этого процесса.

Луч радиусом 1 мм с эмиттансом 0,1 мм-мрад имел бы расходимость 0,1 мрад без оптики луча. Если его расширить до 20 см, у него будет новое расхождение 0,0005 мрад.

Расширение луча для уменьшения расходимости наиболее заметно в космическом эксперименте с пучком нейтральных частиц «BEAR», проведенном Лос-Аламосской национальной лабораторией. Это был и остается единственным пучком частиц высокой мощности, запущенным в космос. Ускоритель производил отрицательно заряженный пучок водорода с радиусом пучка 2 мм, который затем был расширен до 11 мм с помощью электростатической оптики.-6 / Lens Radius

Радиус пятна будет рассчитываться в метрах.

Эмиттанс в мм-мрад.

Расстояние должно быть указано в метрах.

Радиус линзы также указан в метрах.

Вы могли заметить, что это уравнение используется лазерами для определения размера пятна, если длину волны фотонов заменить на эмиттанс частиц. Другими словами, пучок частиц с эмиттансом 0,1 мм-мрад имеет те же характеристики при любом расстоянии и радиусе линзы, что и лазер с длиной волны 100 нанометров (мягкое рентгеновское излучение).

Подразумевается, что ускорители частиц могут производить и обрабатывать пучки с характеристиками, равными лазерам с чрезвычайно короткими длинами волн.

Нейтрализация

Это шаг, который позволяет сильно сфокусированному пучку частиц достичь места назначения, не превращаясь в бесполезную. Обязательно, это последний шаг на пути частицы от источника ионов в космос. После того, как ион становится нейтральной частицей, он больше не может взаимодействовать с магнитными полями и поэтому не может быть дополнительно охлажден, ускорен, сфокусирован или нацелен.

Нейтрализация мешает частицам в пучке. Он требует минимальной дивергенции, которая зависит от зарядового состояния иона, его энергии и массы и, что наиболее важно, от используемого метода нейтрализации. Любая нейтрализация требует ввода энергии, чтобы отделить электрон от нейтрального иона, или высвобождает энергию при добавлении электронов к положительному иону. Эта энергия равна энергии ионизации.

Существуют три основных метода нейтрализации: с помощью перезарядки, с использованием электронных лучей или с помощью лазеров.

Нейтрализация перезарядки требует, чтобы ион от пучка частиц проходил через газ, плазму или фольгу.

Когда ион ударяется о компонент этого газа, плазмы или фольги, он приобретает или теряет электроны и становится нейтральным атомом. Преимущество заключается в том, что этот метод не требует затрат энергии (энергия нейтрализации исходит от самого луча) и может быть очень легким решением.

Основным недостатком является то, что столкновения между ионом и нейтрализующей частицей имеют тенденцию к значительному рассеянию луча.У газовых или плазменных нейтрализаторов есть дополнительный недостаток, заключающийся в том, что они требуют сильного потока через камеру под давлением, что прямо противоречит требованию поддержания в ускорительной трубке идеального вакуума.

В проектной документации на инжекторы нейтрального пучка DEMO указано, что нейтрализация плазмы становится чрезвычайно неэффективной, когда энергия частиц увеличивается выше 100 кэВ. Нейтрализация газа не выполняется выше 1 кэВ. Это не лучшее решение для пучков частиц высокой энергии.

Нейтрализация электронным пучком объединяет ионный пучок с электронным пучком той же скорости.

Два луча сливаются в плазму с общим нейтральным зарядом. За микросекунды ионы притягивают электроны, превращаясь в нейтральные атомы. Это известно как «рекомбинация». Энергия рекомбинации равна энергии ионизации.

Поскольку электроны движутся с той же скоростью, что и ионы, нет никаких ударов, которые рассеивают луч. Большая разница в массах электрона и иона означает, что электроны сохраняют почти всю энергию, выделяемую при рекомбинации.Электроны излучают эту энергию в виде фотонов определенной длины волны. Обратной стороной этого метода является то, что вам нужен дополнительный ускоритель для электронов и он может нейтрализовать только положительные ионы, но это небольшая цена за создаваемые пучки с низкой расходимостью.

Последняя разрабатываемая опция — нейтрализация лазером, также называемая фотонейтрализацией.

Фотоны высокой энергии коротковолнового лазера направляются для взаимодействия с ионом. Фотоны поглощаются внешними электронами иона.-5 * BV * BR / Длина волны лазера

Мощность фото-нейтрализации будет в ваттах.

BV — скорость луча в м / с.

BR — радиус луча в метрах.

Длина волны лазера также указывается в метрах.

Это уравнение применимо только к отрицательным ионам H. Мы выяснили, что при энергии 1 ГэВ (262000 км / с) и в луче шириной 1 м (BR 0,5) нам потребуется мощность лазера более 11,6 ГВт при использовании самой длинной практической длины волны в 1 микрометр. Это необходимо для нейтрализации всего 63% луча.Для полной нейтрализации 98% пучка требуется 46,4 ГВт.

В этой статье описывается разработка оптического резонатора, который может отражать лазер до 10 000 раз через пучок частиц, чтобы снизить требуемую мощность в 10 000 раз. В нашем случае это снижение до 4,64 МВт. В нелабораторных условиях этот резонатор может не иметь такой же производительности, но настоящая проблема в том, что вашему многомегаваттному ускорителю частиц также требуется многомегаваттный лазер для его нейтрализации.

Рассматривая особенности всех этих методов, остановимся на нейтрализации электронным пучком.Будут проекты, для которых другие методы имеют смысл, такие как одноразовый пучок частиц ближнего действия с использованием устройства для снятия фольги или межпланетный луч со сверхмалой расходимостью, передающий энергию с использованием фотонейтрализатора, но мы не будем на этом останавливаться. те здесь.

Продолжим рассмотрение нейтрализации электронным пучком.

При добавлении или снятии зарядов с иона они получают «импульс импульса», который можно увидеть как разницу в скорости пучка до и после нейтрализации. Минимальная дивергенция нейтрализации:

Дивергенция нейтрализации = (0.8 м / с.

y — коэффициент Лоренца.

Для иона водорода энергия ионизации составляет 13,6 эВ. При 100 МэВ бета составляет 0,428, а y — 1,1065. Мы можем вычислить, что минимальная расходимость такого пучка составляет 53,6 нанорадиан. Если его ускорить до энергии 1 ГэВ, бета станет 0,875, y равно 2,065, а минимальная расходимость станет 14 нанорадиан.

Это расхождение должно быть добавлено к расходимости луча перед нейтрализацией. В реальном мире возмущение нейтрализации будет больше теоретического минимума.

Вы заметите, что ионы с наименьшей энергией ионизации на массу, ускоренные до наибольших энергий, будут иметь наименьшую минимальную расходимость. Цезий, например, особенно хорош. Он имеет энергию ионизации всего 3,89 эВ при массе 133 г / моль. При энергии 250 МэВ минимальная расходимость цезия составляет 0,86 нанорадиан. Франций даже лучше, но он редок и очень радиоактивен.

---

Яркие лучи?

Этап нейтрализации высвобождает избыточную энергию рекомбинации в виде фотонов.Рекомбинация обычно включает в себя высвобождение фотонов с полной энергией, равной энергии ионизации.

В предложении SDI для пучков нейтральных частиц использовались газовые стрипперы для атомов водорода. Ожидалось, что около 7% атомов выйдут из десорбера в метастабильном возбужденном состоянии. Если светить лазером на эти метастабильные атомы, они быстро высвободят свою энергию в виде фотонов с длиной волны 656 нм, что является ярко-вишнево-красным. Без лазера для высвобождения фотонов потребуется около 125 миллисекунд.

Различные ионы излучают фотоны с разной длиной волны как «континуум радиационной рекомбинации». Переход прямо из возбужденного состояния (электрон только что прибыл) в основное состояние (вся избыточная энергия высвободилась) происходит редко, а постепенное высвобождение более вероятно.

Например, атом лития испустил бы фотон с энергией 5,39 эВ, а атом цезия испустил бы фотоны с энергией 3,89 эВ. Любое деление этих энергий соответствовало бы видимым длинам волн.18 атомов в секунду) дает общую излучаемую мощность видимого света. Для 1 ампер атомов цезия это 3,89 Вт. Для пучка на 250 МэВ это означает, что 1,6 миллионной процента энергии пучка становится видимым светом. Это соотношение только ухудшается для пучков с более высокими энергиями частиц. Эти ватты распределяются по расстоянию, которое луч проходит за время рекомбинации.

Другими словами, пучки частиц могут быть видимы и, безусловно, будут обнаружены датчиками даже на больших расстояниях, но в большинстве случаев они невидимы невооруженным глазом.3 на расстояние 10 000 км. Он встречает не более 78,5 тысяч частиц. Даже если даже протон будет поражен, и вся энергия столкновения между протонами и частицами пучка будет поглощена, и вся эта энергия должна будет переизлучаться в виде фотонов с видимой длиной волны, то это составит всего 2,34 фемтоватт на метр для 0,063 C частицы, или 0,45 нановатт на метр для частиц 1 ГэВ.

Ни то, ни другое не подходит для видимого луча.

Ситуация меняется около планеты. Плотность частиц над атмосферой намного выше, чем в межпланетной среде, даже если они находятся на высоте сотен километров над поверхностью.3. Это приведет к высвобождению 0,8 Вт / м из луча диаметром 1 м 0,063 C и 201 Вт / м из луча 0,875 C. Релятивистские лучи, вероятно, будут видны невооруженным глазом при запуске над атмосферой.

Вблизи верхней границы атмосферы Земли, на высоте 200 км, можно ожидать очень ярких лучей мощностью 55,9 кВт / м (0,063 C) или 10,78 МВт / м (0,875 C). Огромные потери энергии, испытываемые быстрыми лучами, делают невозможным их использование в таких условиях, если только они не очень, очень маленькие (лучи шириной мм).

В целом, лучи частиц, вероятно, будут обнаружены датчиками, но вряд ли будут видны посторонним.-6 + 0,56 * IE / (M * BV)) / y

SE — эмиттанс источника в мм-мрад (см. Уравнения источника ионов).

LR — радиус линзы в метрах.

EG — рост эмиттанса во всем ускорителе, безразмерный.

IE — энергия ионизации в эВ.

M — молярная масса, г / моль.

BV — скорость луча в м / с.

y — гамма-фактор.

Мы можем решить, что ускоритель длиной 10 метров, построенный с использованием современных технологий, с использованием микроволнового источника ионов для извлечения однозарядных ионов цезия с 0.Излучение 0018 мм-мрад, расширение луча с радиуса 1 мм до радиуса 0,05 метра (LR = 0,05), вызывающее рост эмиттанса на 10% (EG = 1,1) и использование нейтрализации электронного пучка (IE 3,89, M 133, BV 18 900 000), могло можно ожидать, что они будут производить частицы с энергией 250 МэВ и расходимостью всего 40,5 нанорадиан.

Этот луч пересечет расстояние в 1000 км примерно за пятьдесят миллисекунд и останется сфокусированным в пределах пятна шириной всего 8,1 см.

Можно было бы получить еще более сфокусированные пучки, если бы отрицательно заряженные ионы были ускорены.

Энергия ионизации отрицательного иона может быть очень низкой, например 0,47 эВ для цезия вместо 3,89 эВ.

Ускорители большего размера могут использовать более крупную оптику и обеспечивать более высокую энергию частиц, что способствует увеличению производительности пучка частиц.

---

Конструкция оборудования

Похоже, что в массе системы ускорителя частиц преобладают ВЧ генераторы энергии и система охлаждения, по крайней мере, согласно сноске к отчету SDI о возможности использования оружия с нейтральными пучками частиц для защиты от баллистических ракет .

ВЧ-мощность, особенно на частотах, которые используются ускорителями SRF тяжелых ионов, может генерироваться твердотельными устройствами. Лучшим примером коммерчески доступных характеристик являются генераторы Nautel, произведенные специально для ракеты VASIMR.

Они работают с КПД более 98% и имеют удельную мощность 2 кВт / кг. Однако они теряют эффективность по мере увеличения запрашиваемой радиочастоты.

Для минимальных десятков МГц, которые необходимы ускорителям, их выходная эффективность приближается к 65%.

Лампы с индуктивным выходом — еще один вариант.

Эта конструкция от Relltubes обеспечивает впечатляющую мощность 16 кВт / кг при 73% -ном КПД.

Низкие частоты, достигаемые твердотельными устройствами или лампами с индуктивным выходом, ограничивают их ускорение самых тяжелых ионов до довольно низких скоростей. Более высокие частоты необходимы для легких ионов или для достижения релятивистских скоростей.

Для более высоких радиочастот, необходимых для приведения легких частиц к релятивистским скоростям, магнетрон — лучший вариант.

Самые современные конструкции имеют мощность 14,7 кВт / кг при КПД 88%.

Твердотельные усилители, индуктивные выходные лампы или магнетроны могут работать при довольно высоких температурах. Усилители обладают хорошей эффективностью при комнатной температуре (298 K), но могут жертвовать эффективностью, чтобы работать при температурах до 473 K. То же самое касается индуктивных выходных ламп, в то время как характеристики магнетрона, похоже, не зависят от температуры даже при работе при 423 K.

Клистоны, необходимые для самых высоких частот, изо всех сил пытаются превысить 1 кВт / кг.

Однако проекты НАСА для клистронов, которые будут использоваться в программе SPS, должны были достичь 1,96 кВт / кг до включения охлаждающего оборудования.

Эти температуры имеют решающее значение для того, чтобы сказать нам, может ли отработанное тепло от источника радиочастотного излучения излучаться напрямую или требуется тепловые насосы для увеличения температуры излучения (за счет увеличения электроэнергии и массы оборудования). Более легкие радиаторы могут поглощать отходящее тепло с более низкой температурой. Более совершенные тепловые насосы значительно уменьшают массу радиатора.

Например, магнетрон мощностью 1 МВт будет весить 68 кг и потребует 95 кг графитовых радиаторов толщиной 1 мм, излучающих при 400 К, чтобы избавиться от 120 кВт отработанного тепла.

ВЧ-мощность, отраженная в резонаторах ускорителя, не поглощается. Возможна ВЧ мощность более 100 МВт на метр длины ускорителя.

Однако сверхпроводящие стенки подвергаются воздействию вихревых токов из-за проходящих через них градиентов мегавольтного электрического поля. Эти токи имеют очень малое сопротивление порядка наноомов.Даже охлаждение при температуре ниже 2 Кельвина не может устранить это «остаточное» сопротивление.

Таким образом, типичный КПД SRF составляет около 99,9%. Остаточное сопротивление приводит к тому, что около 0,1% мощности, с которой работает ускоритель, становится теплом в стенках полости. Например, ускоритель мощностью 1 МВт вызовет 1 кВт нагрева.

Большинство сверхпроводящих ускорителей работают при температуре 4,5 Кельвина, чтобы справиться с этим нагревом.

Пустые пространства вокруг стенок полости фактически заполнены гелием.Гелий кипит при 4,2 Кельвина при стандартном атмосферном давлении. Температура стенок полости чуть выше точки кипения гелия позволяет отвести любой нагрев за счет фазового перехода гелия из жидкого состояния в газообразное.

Переход поглощает 20 кДж тепла на 1 кг гелия. Ускорители, работающие в диапазоне температур от 4 до 5 Кельвинов, сегодня стали возможными благодаря использованию сплавов ниобий-олово. Ускоритель мощностью 1 МВт должен быть готов терять 50 граммов гелия в секунду.

Для космического корабля, который намеревается использовать ускоритель только короткими всплесками, выброс паров гелия в космос является приемлемым. Если период использования увеличивается до многих часов, рекомендуется использовать криогенный тепловой насос для сжатия паров и повышения их температуры с 4,2 К до 13,8 К. Последняя температура — это температура, при которой жидкий водород закипает почти в вакууме. Намного интереснее использовать водород в качестве расходуемого теплоносителя вместо гелия, так как он может поглощать 455 кДж / кг. Даже при повышенной тепловой нагрузке насосов расход теплоносителя снижается в 10 раз при использовании жидкого водорода.2 двухсторонних радиатора.

Вопрос в том, является ли масса тепловых насосов (14 тонн при 500 Вт / кг, по данным аэрокосмического криокулера Lockheed) и радиаторов (17,6 тонн для графитовых ребер толщиной 1 мм) выгодной по сравнению с несколькими граммами жидкости в секунду. расход водорода с использованием предыдущего решения. Только серьезные усовершенствования технологии теплового насоса могут уменьшить массу оборудования, необходимого для переноса тепла через большие перепады температур, и сделать охлаждение с замкнутым контуром лучшей альтернативой.

После ВЧ источника питания и охлаждающего оборудования идет масса самих резонаторов ускорителя.

Мы можем решить это. Полуволновой резонатор, созданный для частиц с умеренной релятивистской скоростью (0,6–0,9 ° C), согласно этой конструкции содержит 59 кг ниобия на метр длины. Благодаря титановой структуре она достигает 130 кг / м3.

Другие цифры, которые мы можем использовать, — это данные для несверхпроводящего ускорителя BEAR при 53,7 кг / м, индийского IUAC при 316 кг / м или гораздо более современных полостей сверхпроводящего LHC при 125 кг / м.Основная причина разницы в массе на метр между сверхпроводящей и несверхпроводящей полостями — добавление резервуара с гелием под давлением. Можно остановиться на 130 кг / м, что является разумной оценкой. Ожидается, что ускоритель длиной 40 м увеличит массу оборудования на 5,2 тонны. Ожидается, что по мере развития технологий этот показатель будет снижаться.

Луч должен проходить через электромагнитную линзу и ступень нейтрализации.

Секция транспортировки пучка высоких энергий ускорителя BEAR является примером электромагнитной линзы.Это еще один пример. Все цифры, доступные в Интернете для магнитных линз, предполагают, что энергетические лучи фокусируются в точку, находящуюся всего в нескольких сантиметрах или метрах от линзы. Для отклонения луча на такое короткое расстояние требуются сильные магниты, поэтому вы можете найти улучшенные магнитные массы. Ускоритель элементарных частиц в космосе захочет сфокусировать свой луч на расстоянии от тысяч до сотен тысяч метров. Это значительно снижает необходимую силу магнита.

Например, обычная магнитная линза с апертурой 10 миллиметров фокусирует луч на расстоянии 1 метра.Наш объектив должен иметь апертуру 1 метр и фокусировать луч на расстоянии минимум 100 000 метров. Требования к магнитному полю для нашей линзы будут примерно в тысячу раз ниже, чем для типичной магнитной линзы.

Например, магнитная линза шириной 0,5 м, пытающаяся сфокусировать тяжелые ионы цезия с энергией 250 МэВ в точке на расстоянии 100 км, требует напряженности магнитного поля всего лишь 0,000188 Тесла. Другими словами, масса магнитной оптики для пучков частиц на большие расстояния ничтожно мала.

Для этапа нейтрализации требуется ускоритель электронов.Электроны с той же скоростью, что и тяжелый ион, являются частицами очень низкой энергии. Поэтому для их производства и ускорения требуется очень небольшая масса, предназначенная для ускорителей электронов, порядка килограммов. Для пучка 10 МВт, состоящего из частиц 250 МэВ, требуется ток цезия 40 миллиАмпер. Для нейтрализации ионов потребуется 40 миллиампер электронов. Ионы цезия движутся со скоростью 18 947 км / с, поэтому электронам потребуется энергия всего 1 кэВ, чтобы достичь той же скорости.

Пучок электронов 40 мА, 1 кэВ может быть создан с помощью

Другое оборудование, такое как источник ионов, вносит небольшой вклад в общую массу.

ECR с постоянным магнитом под названием LAPECR1 управлял током 2,5 мА с использованием всего 25 кг оборудования.

Еще лучшим примером является ионный источник Dresden ECRIS-2.45M для ионов с низким зарядом, где 10 мА может быть произведено устройством весом всего 35 кг. 40 мА цезия может потребоваться менее 0,14 тонны.

Используя цифры для современных ускорителей, мы можем ожидать, что пучок мощностью 10 МВт и 250 МэВ потребует 0,14 тонны для ионного источника, 1,3 тонны для полостей, 0,68 тонны для источника питания ВЧ и 0,64 тонны для радиаторов 400 К.Мы добавляем 25% маржи «другое оборудование», чтобы довести общую массу до 3,45 тонны. «Боеприпас» составляет около 50,2 грамма жидкого водородного хладагента в секунду. Ускоритель может работать в течение одного часа с 180,7 кг водорода на борту или в течение полного дня (864 ГДж) с 4,3 тоннами. Потребление цезия незначительно, всего 55 мкг в секунду.

В этом масштабе весь узел ускорителя имел бы удельную мощность 2,89 кВт / кг. Когда используются более передовые технологии, такие как более совершенные тепловые насосы или более легкие радиаторы, эта цифра увеличивается еще больше.В оставшейся части поста мы будем использовать три дизайна:

Современный ускоритель

Мощность: 10 МВт

Дивергенция: 40,5 нанорадиан

Скорость луча: 18900 км / с

Полная масса: 3,45 тонны.

Современный ускоритель построен из существующих компонентов, как описано выше. Наибольший вклад в массу устройства вносят резонаторы и источник ВЧ-мощности.

Огромный ускоритель

Мощность: 500 МВт

Дивергенция: 16,7 нанорадиан

Скорость луча: 18900 км / с

Общая масса: 203 тонны.

Некоторые конструктивные изменения имели смысл в большем масштабе. Лучшие радиаторы в виде «проволочных радиаторов» демонстрируют преимущества, когда из ВЧ генераторов необходимо отводить 185 МВт отработанного тепла. В меньших масштабах опорная конструкция, необходимая для работы с проводами из углеродного волокна толщиной 1 мм, делает их неинтересными. Полости SRF нагреваются значительно больше входной мощностью 500 МВт. Выбрасывать огромное количество водорода в таком масштабе расточительно, поэтому решение с замкнутым контуром, использующее 65,6 тонны тепловых насосов и 8.Было выбрано 2 тонны нейлоновых радиаторов, работающих на 300 К. В итоге после 8,8 часов работы оно оказывается более эффективным по массе, чем охлаждение без обратной связи. Также использовался набор линз большего размера, шириной 0,25 м. Вместе достигается удельная мощность 2,46 кВт / кг (даже с + 25% для другого оборудования), и луч может быть сфокусирован в пятно шириной 33,4 см на расстоянии 10 000 км.

Advanced Accelerator

Мощность: 1000 МВт

Дивергенция: 3,9 нанорадиан

Скорость луча: 48 270 км / с

Общая масса: 131.2 тонны

Мы предполагаем, что в усовершенствованном ускорителе произошел некоторый технический прогресс. ВЧ источник питания более эффективен, на 85%, что увеличивает его удельную мощность до 18,6 кВт / кг. Технология тепловых насосов переходит к использованию сверхпроводящих электродвигателей для привода компрессоров цикла Брайтона, увеличивая их удельную мощность до 5 кВт / кг, что, в свою очередь, позволяет использовать их для повышения температуры всего отработанного тепла. Тепло от высокочастотного генератора и полостей SRF нагнетается до 600 K, что позволяет использовать очень легкий радиатор с пузырьковой мембраной.Более прочные материалы также позволяют создавать более легкие полости SRF, уменьшая их до 50 кг / м. Поэтому мы можем использовать более длинный ускоритель (50 м в длину при 33 МВ / м) и более крупную линзу (1 м в ширину). Добавив усовершенствования к ионному источнику, мы получили общую плотность мощности 7,6 кВт / кг и возможность фокусировать луч со скоростью 48 270 км / с в точку шириной всего 39 см на расстоянии 50 000 км.

Пучок частиц не может быть изогнут после нейтрализации, и становится очень трудно управлять им с помощью электромагнитной оптики после того, как он достиг высоких энергий около конца ускорителя.Разумная конфигурация всех этих компонентов состоит в том, чтобы иметь фиксированный источник ионов и ступени ускорителя с низкой энергией, а также подвижную ступень с высокой энергией, увенчанную нейтрализатором. Это было бы похоже на башню.

---

Передача энергии и движение

Способность фокусировать пучок высокоскоростных частиц на небольшую точку на больших расстояниях находит применение в передаче энергии или при движении космических аппаратов.

Для передачи энергии вам понадобятся ускоритель луча и приемник, разделенные расстоянием, которое вы хотите пересечь.

Ускоритель пучка описан выше. Ресивер состоит из трех частей. Первая часть — стриппер балки, скорее всего металлическая фольга. Нейтральный луч нельзя преобразовать в электричество, не превратив его обратно в заряженный луч. Пройдя через стриппер, пучок превращается в плазму электронов и ионов. Эта плазма попадает в следующую часть: в оптику луча. Электромагнитные линзы (для релятивистских лучей) или электростатическая оптика (для медленных лучей) пытаются тормозить и искривлять луч.Воздействие на более легкие электроны намного сильнее, чем на тяжелые ионы, что приводит к большему замедлению электронов и отклонению от основного ионного пучка.

После отделения от электронов ионы направляются через третью часть: рекуператор пучка. Он работает как ускоритель в обратном направлении и обычно предлагается для использования в термоядерных реакторах для преобразования альфа-продуктов: вместо использования электрических полей для ускорения частиц он замедляет их и преобразует свою энергию в электричество.

Прямое преобразование энергии превращает кинетическую энергию в электрическую без промежуточных этапов. Прямые преобразователи энергии «бегущая волна» или «инверсный циклотрон» имеют максимальный КПД более 90% и могут обрабатывать частицы высокой энергии. Аналогичная плотность мощности ожидается на обоих концах передачи мощности, при этом ВЧ генераторы заменены блоками обработки мощности на принимающей стороне.

Приемник прямого преобразования лучше всего работает на расстояниях, где луч не распространяется слишком сильно.

Очень широкий луч должен обрабатываться оптикой такого же большого луча, которая становится очень тяжелой при увеличении масштаба. Например, огромный ускоритель будет производить луч шириной около 1 метра на расстоянии 60 000 км. Advanced Accelerator достигает этого на расстоянии 256 000 км. Их более чем достаточно для передачи энергии между космическими кораблями, такими как базовый корабль-носитель и грузовой буксир, но недостаточно для передачи энергии на расстояния между лунами или планетами. Для увеличения дальности передачи в 10 раз потребуется лучевая оптика в 100 раз больше и тяжелее.

Другой способ преобразования мощности луча в электричество может использоваться для разблокировки больших расстояний.

Когда пучок частиц пересекает газ, столкновения между пучком и молекулами газа превращают кинетическую энергию в тепло.

В качестве мишени для луча можно использовать трубку с газом, при этом луч входит через тонкое окно из плотного металла. Луч теряет свою энергию при прохождении через газ, который преобразуется в тепло с эффективностью, приближающейся к 100%. Затем горячий газ используется для питания турбомашин, как в современном энергетическом реакторе.

После прохождения через компрессор, турбину и радиатор более холодный газ возвращается в излучающую трубку.

Лучшая типовая конструкция — та, в которой частица разгоняет самые тяжелые частицы до скоростей, достаточно высоких, чтобы они достигли состояния высокого заряда при ударе о металлическое окно. Тяжелые частицы рассеиваются меньше всего и быстрее всего замедляются при прохождении через газ, благодаря чему дальность передачи остается высокой, а излучающая труба короткой. Состояние высокого заряда также помогает им замедляться быстрее.3 при давлении 10 атм и температуре 2500 К в виде молекулы I2), хотя он не такой редкий и дорогой, как ксенон, и не конденсируется в радиаторах (он кипит при 457 К).

Эффективность конструкции передачи энергии излучающей трубки страдает из-за промежуточного термодинамического этапа преобразования энергии пучка в кинетическую энергию. Если излучающая труба имеет КПД 90%, турбомашины Brayton — 60%, а генератор и ступени управления мощностью — 90%, общий КПД равен 48.6%. Электрогенераторы, стремящиеся к максимально возможной плотности мощности, будут иметь цикл Брайтона для более высоких температур, который минимизирует размер радиатора, но снижает эффективность еще больше, возможно, до 24,3%. Это примерно эффективность солнечной энергии.

Электрогенератор с лучевой трубкой может работать на больших расстояниях от источника питания, не зависит от солнца и может достигать общей высокой плотности мощности.

В выделенном источнике питания будет использоваться дополнительное оборудование, необходимое для уменьшения расходимости пучка тяжелых ионов до минимально возможного значения, примерно равного расходимости, вызванной возмущением нейтрализации.Для пучка урана-238 с энергией 1000 МэВ это может быть всего 0,45 нанорадиан. Излучающая труба длиной 20 м перехватит 100% этого луча на расстоянии 22 млн км.

Другой способ использования пучка частиц — отразить его от магнитного поля в двигательной установке, известной как «магнитный парус». 2, могут создавать магнитное поле в 1 Тесла в пузыре диаметром почти 500 м, используя петли массой всего 10 тонн.2. Этого достаточно, чтобы пересечь расстояние между Землей и Юпитером примерно за 17,6 недель.

Площадь поля может быть дополнительно увеличена за счет выброса плазмы, как это делает система M2P2 Mini-Magnetospheres Plasma Propulsion.

Мы также можем представить себе ракетный двигатель с тепловым пучком частиц, в котором пучок используется для непосредственного нагрева топлива.

Подобен лазерному тепловому ракетному двигателю. Вместо оптических зеркал обдирочная фольга с поворотными магнитами за ней может направлять пучок частиц в реакционную камеру, заполненную пропеллентом.Пучки частиц могут эффективно нагревать пропеллент без необходимости затравки частиц, что позволяет использовать чистый газообразный водород для максимальной скорости выхлопа. Они также могут ионизировать значительную часть пороховых газов, обеспечивая электромагнитно ограниченный порох, который может достигать очень высоких температур, не касаясь стенок камеры.

Главный недостаток заключается в том, что тепловая ракета с пучком частиц не может работать в атмосфере.

---

Оружие и механика повреждений

Способность ускорителей частиц направлять свою энергию на небольшую область на большом расстоянии имеет очевидное применение в качестве оружейной системы.

Прежде всего, как луч частиц наносит урон?

«Отчет Американского физического общества исследовательской группы по науке и технологии оружия направленной энергии» является золотой справкой для его раздела о оружии с нейтральными пучками частиц.

Для пучков тяжелых ионов, которые обсуждались до сих пор, преобладают два механизма повреждения: доза облучения и объемный нагрев.

Частицы высоких энергий считаются проникающим излучением. Они не вкладывают всю свою энергию на поверхность цели, а проходят через определенную глубину материи, прежде чем остановиться.Глубина зависит от свойств луча и плотности материала мишени. Всех энергий, обсуждаемых в этом посте, более чем достаточно, чтобы полностью отделить любые электроны от падающей частицы. Фактически, целевой материал действует как 100% эффективный стриппер. Вот почему частицы из пучка нейтрального водорода будут называться протонами, а ранее нейтральные частицы описываются как ионы в следующих разделах.

Основной способ, которым частицы теряют энергию при прохождении через вещество, происходит из-за столкновений с электронами, окружающими атомы вещества.2 фактор.

Частица гелия после удара получит 2 положительных заряда, а ее вес в 4 раза больше, чем у частицы водорода. При той же энергии он проникает в 11,15 раз меньше материала, чем частица водорода. Для более тяжелых частиц ситуация становится намного хуже: цезий проникает в 112 817 раз меньше, чем водород.

Мы можем спокойно игнорировать проникающие эффекты чего-либо, кроме протонов.

Уравнение глубины проникновения не учитывает изменения в том, как протоны взаимодействуют с электронами на уровнях энергии более 10 ГэВ.

Передача энергии от протона к электрону быстро увеличивается за пределы 1 ГэВ, что снижает скорость проникновения ниже ожидаемых значений. При еще более высоких энергиях протоны вызывают выбивание множества нейтронов из защитного материала для каждой падающей частицы и могут даже создавать мюоны и пионы… это дополнительные механизмы потери энергии, которые еще больше влияют на проникновение.

Таблица экранирования из лекции в ЦЕРНе эмпирически подтверждает, что проникновение протонов увеличивается медленнее для энергий выше 3 ГэВ.2 значения.

Из этой таблицы мы находим расхождение в 29% между глубиной проникновения, рассчитанной для протонов с энергией 250 МэВ (49 см), и измеренным значением (38 см).

Все это можно резюмировать по относительной эффективности экранирующих материалов:

Мы можем видеть, что вода снова примерно на 30% эффективнее алюминия при больших количествах экранирования. Удивительно, но существуют материалы, даже более эффективные, чем вода, но не жидкий водород, такие как полиэтилен и гидрид лития, требующие на 45% меньшей защиты, чем алюминий.3 интересен тем, что он плотный, термостойкий и прочный. Он останавливает протоны с энергией 250 МэВ на расстоянии 3,7 см и протоны с энергией 3 ГэВ на расстоянии 1,21 метра.

Свинец разочаровывает, так как он требует 6,6 см для протонов с энергией 250 МэВ и 2,08 м для протонов с энергией 3 ГэВ.

Уран великолепен, поскольку он задерживает протоны с энергией 250 МэВ на расстоянии 4,6 см и 3 ГэВ на расстоянии 1,3 метра, но существует опасность значительного вторичного излучения в виде нейтронов.

Энергия протона не выделяется непрерывно по всей глубине проникновения.По мере того, как частица замедляется, материал становится более эффективным для дальнейшего замедления. В определенный момент, обычно для протонов с энергией менее 100 МэВ, тормозная способность материала очень быстро увеличивается до максимума при 1 МэВ. В этой области расположен пик Брэгга.

Чем тяжелее частица, тем уже и острее пик Брэгга. Что еще более важно, кривые Брэгга показывают, что экранирование, которое слишком тонкое, чтобы полностью поглощать пучок, пропускает намного больше излучения, чем вы ожидаете, до 40% протона с энергией 250 МэВ или 3% от протона с энергией 3 ГэВ.

Все, что проходит через радиационную защиту, полностью поглощается людьми или электроникой. Люди и электроника не любят ударов частиц высокой энергии.

Один рад излучения — это 0,01 Дж энергии частицы на кг вещества. Болезнь, тошнота, анемия и иммунодефицит вызываются 3 Дж / кг. 30 Дж / кг достаточно, чтобы убить человека в течение суток после вывода из строя. 300 Дж / кг убивает большинство людей на месте, и никто не может выжить при 750 Дж / кг.

Полные эффекты и расчеты доз облучения приведены на сайте Atomic Rockets.

Единственное спасение здесь состоит в том, что когда протоны с самой высокой энергией сталкиваются с очень тонкой защитой или без нее, они вообще не замедляются, продолжая проходить сквозь стены, людей и электронику перед выходом, не теряя при этом большой части своей энергии.

Это причина, по которой НАСА заявляет, что алюминиевые стены на их космических кораблях ухудшают излучение галактических космических лучей, заставляя их выделять больше своей энергии в людях. 2, поглотит только 10% протона 1 ГэВ или 0.7% протона с энергией 10 ГэВ.

Однако лучи частиц можно настроить так, чтобы наносить максимальный урон. Проникающий луч можно легко обнаружить, покидая цель с другой стороны. Затем энергия частицы будет отрегулирована так, чтобы пик Брэгга находился внутри людей или электроники. Тогда большая часть энергии луча высвободится самым разрушительным образом.

Это используется для достижения хорошей цели в протонной лучевой терапии: протоны с энергией 250 МэВ вкладывают большую часть своей энергии в центр человека.У вооруженных протонов должно быть не более 250 МэВ после прохождения через экранирование, чтобы предотвратить чрезмерное проникновение.

Недостаточная защита от лучей радиации в боевых условиях будет смертельной в ближайшее время.

Ускоритель мощностью 100 МВт, стреляющий протонами 1 ГэВ с расходимостью 0,1 мкрад, обращенными к защите, пропускающей 100 МэВ энергии на одну частицу, вызовет немедленную смертельную дозу 300 Дж / кг на расстоянии более 59 467 км… за одну секунду .

Если луч можно удерживать на цели всего одну минуту, он может быть смертельным на расстоянии 0.46 млн км.

С электроникой дела обстоят не лучше.

Чувствительные устройства, используемые в датчиках, будут даже менее устойчивы, чем люди. Электроника может выдержать дозу 100 кДж / кг, если она чрезвычайно защищена от радиации (за счет веса и производительности). Это уменьшает смертельную дистанцию ​​в 18,25 раза.

Следует отметить, что пучок мощностью 1000 МВт будет окончательно облучать цели за период в 10 раз короче или на расстоянии в 3,16 раза дальше, чем пучок 100 МВт.3 из стали. Эти цифры можно пересчитать в 182 и 197 Вт / кг соответственно.

Этим нагревом можно пренебречь для термостойких материалов, таких как графит или сталь, но он может привести к выходу из строя лучших материалов для защиты от излучения, таких как полиэтилен или вода.

Что делать, если пучки частиц не могут облучить свою цель или вызвать достаточный объемный нагрев?

Вы изменяете свойства балки, чтобы максимизировать объемный нагрев. Вместо легкой проникающей частицы вы выбираете тяжелый атом с наименьшей возможной расходимостью.Как видно из уравнения проникновения, более высокая масса и зарядовое состояние уменьшают проникновение. Тяжелые атомы, ударяющиеся о твердое вещество, быстро теряют большую часть или все свои электроны и переходят в многозарядное состояние.

Частица цезия с энергией 250 МэВ может проникнуть только на расстояние 1,88 микрометра в графит или 0,4 микрометра в сталь. Мы установим 63 МДж / кг в качестве энергии, необходимой для испарения углерода, что происходит при температуре около 3600 К в вакууме. Сталь сублимируется при температуре всего 873 К в вакууме, для чего требуется 6 раз.3.

Это уравнение полезно только на более коротких дистанциях, где интенсивность луча достаточно высока. На самых коротких дистанциях (несколько сотен км) луч вызывает взрывное расширение целевого материала и получает еще большую скорость проникновения за счет разрушения под давлением и выемки большего количества материала. На больших расстояниях луч распространяется достаточно, чтобы теплопроводность и излучение черного тела истощили его мощность и значительно уменьшили проникновение или даже остановили его.

Для получения более точного результата лучше всего использовать этот калькулятор лазерных повреждений.3).

Modern Accelerator

100 км = 1,28 м / с для углерода, 2,61 м / с для стали.

1000 км = 1,47 см / с для углерода, 3,48 см / с для стали.

2000 км = 3,6 мм / с для углерода, 1,09 см / с для стали.

Большой ускоритель

100 км = 366 м / с для углерода, 2380 м / с для стали.

1000 км = 3,75 м / с для углерода, 7,14 м / с для стали.

10000 км = 4,32 см / с для углерода, 8,76 см / с для стали.

50 000 км = 1,66 мм / с для углерода, 3,87 см / с для стали.

Advanced Accelerator

1000 км = 1930 м / с для углерода, 1440 м / с для стали.

10000 км = 1,38 м / с для углерода, 2,8 м / с для стали.

100000 км = 1,58 см / с для углерода, 3,28 см / с для стали.

500000 км = 0,57 мм / с для углерода, 1,47 мм / с для стали.

Идеальное оружие из пучка частиц должно иметь высокую выходную мощность, узкую расходимость и минимальное проникновение. Лучше всего это делать с помощью тяжелых частиц, таких как цезий или уран: когда они ударяются о целевой материал, они теряют свои электроны и приобретают очень высокий заряд.Это резко снижает глубину проникновения и позволяет сконцентрировать энергию луча в тонком слое на поверхности цели.

По практическим причинам луч не может иметь слишком низкую скорость.

Если частицам требуется 0,33 секунды, чтобы достичь своей цели (ионы урана 100 МэВ на расстоянии 3000 км), тогда цель имеет возможность ускоряться в любом направлении в течение 0,33 секунды, прежде чем можно будет настроить прицел луча. Если заданное ускорение составляет 1 g, положение луча можно перемещать на +/- 0.52 метра до регулировки. Этого может быть достаточно, чтобы полностью отвести луч от области, через которую он начал прожигать, и обнажить свежие поверхности брони. Цель, способная распространить урон от луча по большей части своей броневой поверхности, потребует значительно больше времени для уничтожения.

У импульсных пучков частиц, как и у импульсных лазеров, есть дополнительные механизмы повреждения.

Они создают давление, испаряя целевой материал достаточно быстро, чтобы вызвать механическое повреждение окружающего материала.Энергия импульса, достаточно большая, чтобы преодолеть кратерную энергию материала, может вырвать большой кусок материала более эффективно, чем непрерывный луч, который, если заставить его полностью испарить тот же самый материал. Слабые материалы больше всего страдают от импульсных пучков частиц. Например, для разрушения графита требуется примерно в 300 раз меньше энергии, чем для его полного испарения.

Скорость проникновения идеального импульсного пучка частиц может во много раз больше, чем у непрерывного пучка частиц.

В отличие от лазера, они могут игнорировать обломки и плазму, выбрасываемые из материала мишени на путь луча, что позволяет использовать очень высокие частоты импульсов. Импульсная мощность луча также позволяет ему лучше преодолевать потери из-за теплопроводности или излучения черного тела на очень больших расстояниях.

Существует также возможность для глубоко проникающего импульсного пучка частиц использовать пик Брэгга частицы для быстрого нагрева материала внутри объема цели.

Это будет иметь эффект, эквивалентный помещению динамита в валун: вся энергия импульса пойдет на растяжение материала цели и вызовет ударные волны, которые раскалывают и разрушают материал.Множественные импульсы могут раздробить материал, не испаряя его полностью.

Обратной стороной является увеличение массы импульсного оборудования, а также проблемы создания и ускорения импульсных пучков частиц. Сжатие группы частиц в короткие пакеты вызывает нагрев частиц и значительно увеличивает расходимость. Внутри ускорителя хуже, потому что частицы все еще являются заряженными ионами и отталкиваются друг от друга. Для работы с этими пакетами ионов необходимы очень сильные магниты.

Вам также потребуются конденсаторы большой емкости для создания и ускорения пиковых токов, необходимых для импульсной работы. Недостаточная пиковая мощность просто нагреет больший объем материала, чем непрерывный пучок частиц, что сделает его гораздо менее эффективным.

Защита от пучков частиц

Для защиты от двух основных типов оружия пучков частиц необходимы разные подходы: проникающий пучок протонов и пучок испаряющихся тяжелых ионов.

Простым решением проблемы проникающего протонного пучка является наличие достаточно толстой радиационной защиты.«Достаточно» трудно судить, когда возможно все — от ускорителя на 10 МэВ с самой низкой энергией до пучков 10 ГэВ километровой длины.

Это будет зависеть от технологии ускорителей, продолжительности боевых действий и степени автоматизации космических сил. Более совершенные технологии позволяют космическим кораблям использовать более мощные ускорители, которые производят более проникающие лучи. Более длительные действия позволяют накапливать низкую дозу до разрушительного уровня. Большая автоматизация позволяет менее чувствительному к излучению оборудованию и персоналу сталкиваться с лучами.Еще лучше, хорошая разведка о противнике и его снаряжении.

Экранирование не обязательно должно быть одним блоком материала снаружи космического корабля. Внешних слоев может быть достаточно, чтобы остановить протоны с более низкой энергией. Внутренняя оболочка будет содержать более хрупкое оборудование с внутренним укрытием от радиации, снабженным достаточной защитой. Цель состоит в том, чтобы уменьшить площадь поверхности, которую должно покрывать экранирование, чтобы уменьшить потери массы всего этого экранирования. Даже с полиэтиленом 12.22 тонны на квадратный метр против пучков 3 ГэВ. При использовании вольфрама этот показатель возрастает до 23,3 тонны на квадратный метр.

Следовательно, простое массовое экранирование очень плохо для космического корабля. В худшем случае кораблю диаметром 10 метров потребуется 1819-тонная плита на носу, чтобы предотвратить проникновение радиации. Обеспечение защиты флангов было бы еще большим массовым штрафом.

Было проведено множество исследований по защите космонавтов от космических галактических лучей и других частиц излучения с использованием электромагнитных полей в качестве более легкого решения.

Электростатическое экранирование легко понять.

Он состоит из трех частей: съемного слоя, электростатических пластин и задней пластины.

Слой стриппера напоминает щит Уиппла. Тонкие слои металла убирают электроны с падающей нейтральной частицы. Электростатические пластины — важная деталь.

Две проводящие пластины могут создавать большую разницу напряжений. Если они расположены близко друг к другу, они создают электростатический градиент, который можно измерить в мегавольтах на метр.Размещение диэлектрического материала, лучшим из которых является алмаз, между этими пластинами позволяет получить градиенты до 1000 МВ / м даже с учетом запаса прочности. Заряженные частицы, проходящие через эти поля, замедляются. 2.Эта масса добавляет еще 1,2 ГэВ защиты, что в сумме составляет 2,2 ГэВ. Пучки частиц с энергией менее 2,2 ГэВ не проходят. Энергия пучков частиц с большим значением будет уменьшена на 2,2 ГэВ.

Пучок частиц, падающий на слои электростатической защиты, истощил бы потенциал напряжения между заряженными пластинами. Этот потенциал необходимо подзаряжать с помощью бортовой сети. Лучи также постоянно разрушают заряженные пластины, поэтому в конечном итоге их необходимо заменить.В 1,74 раза меньше подвержены влиянию масс-экранирования, чем частица с энергией 1 ГэВ).

Это означает, что мощность, необходимая для перезарядки экрана, быстро совпадает с мощностью входящего луча. Другими словами, радиационная защита может превратиться в перетягивание каната между мощностью входящих лучей и мощностью, протекающей через защиту.

На этом этапе, возможно, стоит рассмотреть влияние объемного нагрева и электрического сопротивления на проводимость заряженных пластин и, следовательно, потребляемую мощность, необходимую для их перезарядки.

Многослойные высокотемпературные конденсаторы являются хорошим источником вдохновения при проектировании (), и в конечном итоге придется пожертвовать некоторой электрической прочностью, чтобы иметь возможность использовать жидкие диэлектрические материалы, которые могут выступать в качестве хладагента.

Несмотря на все эти требования и недостатки, обратите внимание, что использование электростатической защиты на передней части космического корабля диаметром 10 м от протонов 3 ГэВ не приведет к массе более 300 тонн.

Отражение пучков частиц — потенциально еще более эффективное решение.

Если луч никогда не попадает в космический корабль, тогда требуется только масса отклоняющего оборудования без какой-либо защиты. Риск, конечно, заключается в том, что если луч когда-либо преодолеет силу отклонения и действительно ударит по кораблю, то он сделает это в полную силу, поскольку не был замедлен.

Для магнитного экранирования используется ларморовский радиус иона. Это радиус кривизны траектории иона в магнитном поле. Из-за того, как сила магнитного поля, действующая на ион, увеличивается с увеличением его скорости, ларморовский радиус может быть довольно небольшим.

Мы выяснили, что протонный пучок с энергией 10 ГэВ может быть изогнут на 180 градусов магнитным полем в среднем 1 Тесла на расстоянии 35,5 метров и полем 10 Тесла на расстоянии 3,6 метра.

Простые провода на поверхности брони космического корабля могут создавать магнитное поле, достаточно сильное, чтобы отклонять даже частицы самых высоких энергий.

Ток в 14,5 МА, проходящий через провод, достаточно для создания поля силой 10 Тесла на расстоянии 3,65 метра от провода.2.

Это выгодно отличается от других вариантов экранирования. Обратной стороной использования магнитного отклонения является то, что неожиданно мощные лучи поразят космический корабль с полной силой, а сами провода довольно уязвимы.

Повышение температуры может привести к их разрыву или мгновенному испарению из-за закалки. Весь импульс от балки передается непосредственно на провода, создавая неравномерные напряжения, которые могут сломать их, особенно от удара импульсной балки.Оборванные провода оставят щели в экранировании, поэтому на военном корабле, вероятно, будет много сотен меньших катушек, которые являются избыточными и легко заменяются.

Сильное магнитное поле, проходящее через космический корабль, может иметь серьезные пагубные последствия. Вот почему все современные концепции защиты от магнитного излучения включают использование другого внутреннего набора катушек для создания свободного от поля объема.

Внутренние катушки не должны быть такими же прочными, как внешние катушки, так как слой проводников с очень высокой магнитной проницаемостью, таких как никель или золото, может быть включен, чтобы помочь линиям внешнего магнитного поля выбрать другой путь и избежать защищенный том.

Электромагнитное экранирование работает только в том случае, если пучок частиц ионизируется до взаимодействия с магнитными полями. Поэтому критически важно превратить входящий нейтральный луч в заряженный.

Существует четыре возможных метода ионизации на расстоянии.

Первый — использовать электронный луч.

Так же, как электронный луч может быть добавлен к положительным ионам для их нейтрализации, другой электронный луч может быть использован для создания столкновений электронов / атомов для их повторной ионизации.Поскольку электронный луч, покидающий защищающийся корабль, движется в направлении, противоположном направлению входящего луча частиц, нет необходимости в высокоэнергетических электронах: входящий луч движется достаточно быстро, чтобы ионизировать себя при каждом столкновении. Более того, электронным лучом можно легко управлять с помощью электромагнитной оптики, что позволяет ему быстро менять цель за микросекунды и обрабатывать несколько входящих лучей.

Однако есть много проблем. Электронный пучок быстро распространяется из-за электростатического самоотталкивания.2 проехав 10 000 км. Электронный пучок 1 МэВ с таким же полным током и начальным диаметром пучка 10 см имеет удвоенное расстояние всего 95 метров. Два луча будут иметь одинаковую плотность тока на расстоянии всего 4,5 км от защищающегося космического корабля. Увеличение энергии электронов до 10 МэВ увеличивает это расстояние примерно до 90 км.

Электронный луч должен быть тщательно наведен, чтобы не отклониться от курса электромагнитными полями, предназначенными для защиты космического корабля.

Эта сложность использования электронных лучей усугубляется тем фактом, что водородные лучи очень релятивистские и дадут предупреждение только за 4 миллисекунды на расстоянии 10 000 км при энергии 1 ГэВ или 0.12 миллисекунд при 10 ГэВ, после того, как поступит световой сигнал от их зажигания.

Короче говоря, ионизировать падающие пучки излучения электронами очень сложно.

Ионизирующие пучки медленных тяжелых частиц — другое дело. Плотность тока обычно выше из-за более низкой энергии частиц, но время реакции измеряется в десятых долях секунды, а не в миллисекундах. Например, пучку частиц цезия с энергией 250 МэВ потребуется 0,529 секунды, чтобы пересечь 10 000 км, а свету — 0.033 секунды, что составляет 0,495 секунды.

Более медленные лучи также могут подвергаться электростатическому расцвету даже на коротких расстояниях, на которых действуют электроны. Полная ионизация входящего луча цезия с энергией 250 МэВ приведет к снижению его интенсивности в 16 раз, прежде чем он пересечет 1,5 километра.

Наличие этого времени предупреждения означает, что возможен второй метод: можно установить металлические экраны между лучом и кораблем.

Этот экран будет действовать как стриппер фольги и эффективно отделять электроны от тяжелых частиц.Это не обязательно должен быть большой экран, так как облако соломы будет работать одинаково хорошо.

Эти металлические экраны хорошо защищают от радиационных лучей, если их толщина составляет несколько миллиметров. Они могут ионизировать тяжелые лучи толщиной всего несколько микрометров, но при этом разрушают сами себя. Эти экраны могут быть перемещены на место с помощью «дронов-перехватчиков» или сброшены в нужное положение из койлганов.

Эти экраны из фольги очень уязвимы даже для слабых лазерных лучей. Их нужно будет освободить в последний момент и быстро заменить.2 плазмы достаточно для ионизации ионов урана с энергией 4,2 ГэВ, чего более чем достаточно для других пучков, обсуждаемых здесь. Плазменные экраны такой плотности не могут быть расширены на расстояние от нескольких до десятков метров от источника сдерживающего магнитного поля, поэтому они могут служить только для ионизации входящих лучей. Их преимущество в том, что их легко пополнять.

Луч частиц, проходящий через относительно плотную плазму, будет излучать много света и выглядеть как молния.

Четвертый вариант — ионизирующий лазер.

Лазер быстрее всех реагирует на входящий луч. Ультрафиолетовые лазеры работают для прямой ионизации атомов при каждом столкновении фотона с внешним электроном нейтральной частицы.

Релятивистский доплеровский сдвиг входящего луча работает на пользу лазеру, сокращая длину волны, с которой сталкиваются нейтральные частицы, до 90–100 нм, оптимальной для ионизации водорода.

Единственная трудность с ионизирующими лазерами состоит в том, что они должны работать быстро при очень низкой вероятности взаимодействия из-за малых сечений ионизации, что означает, что требуется высокая мощность лазера.Можно оценить, что ГВ необходимы для релятивистских пучков водорода и десятки МВ для более медленных тяжелых пучков.

Следует отметить, что всегда есть возможность уйти с пути пучка частиц. Более медленные пучки частиц, которым требуется несколько десятых секунды для достижения цели или корректировки цели, создадут возможность случайного ускорения космического корабля в любом направлении, чтобы сорвать попытки атакующего удерживать луч сфокусированным на одной точке или даже попасть в цель. космический корабль вообще.

За полсекунды ускорение в 1g может позволить космическому кораблю «прыгнуть» на 1,22 метра. Этого достаточно, чтобы большинство лучей не оставались сфокусированными на одном и том же месте.

Полное изучение этих средств защиты от частиц, концепции ионизации на расстоянии и других защитных мер заслуживает отдельной статьи.

Лазеры против пучков частиц

Лазеры были лучшим претендентом на передачу энергии на большие расстояния, двигательные установки и вооружение в научной фантастике и в реальном мире. Их способность доставлять энергию в узкое место на большом расстоянии в основном объясняется достижениями в лазерной технологии, позволяющей эффективно производить коротковолновые лучи.

Однако мы предполагаем, что пучки частиц могут создавать пучки с еще более короткими «длинами волн» и с еще большей эффективностью.

Их оптику гораздо труднее повредить, чем зеркала лазера, и они могут иметь большую дальность поражения даже при стрельбе через небольшое отверстие в броне. Используя современные технологии, они, вероятно, также будут иметь преимущество с точки зрения удельной мощности.

С точки зрения передачи энергии пучки частиц могут обеспечить очень высокий КПД на очень больших расстояниях.

Двигательная установка, такая как магнитные паруса, также имеет лучшую тягу на ватт, чем лазеры.

У лучевого оружия есть много преимуществ перед лазерным оружием. Помимо увеличения потенциальной интенсивности луча, они нагревают броневой материал изнутри, что значительно улучшает скорость пробития. При использовании в качестве радиационного оружия они также могут сбивать электронику и экипаж с очень большого расстояния.

Несмотря на то, что они невосприимчивы к методам уменьшения повреждений, таким как отражающие поверхности, и опасность радиационных лучей может быть значительно снижена с помощью соответствующей защиты, это все же мощный инструмент, если он заставляет любой вражеский корабль иметь несколько метров брони или сверхпроводящие провода по всему корпусу как минимальное требование для вступления в бой.Использование более проникающего луча из-за технического прогресса может внезапно сделать старые боевые корабли с недостаточной защитой устаревшими. Требования к экранированию также накладывают минимальный масштаб на развертываемые боевые корабли.

Военные корабли меньшего размера будут иметь большую долю массы, предназначенную для защиты, что сделает их менее эффективными в соотношении тонна на тонну по сравнению с более крупными военными кораблями. Самые маленькие транспортные средства страдают больше всего, а дешевые массированные рои ракет становятся неуместными из-за способности луча радиации вывести их из строя за секунды.

Пучки частиц обладают множеством вторичных преимуществ и применений.

Их разработка в рамках Стратегической оборонной инициативы была направлена ​​на их использование для различения боеголовок и ложных целей. Эту же способность можно использовать для идентификации целей с помощью проникающих лучей, выходящих с другой стороны и несущих информацию о том, через что они прошли.

Лучи частиц также могут противодействовать скрытности.

Когда энергичные частицы поражают твердую цель, они испускают вторичное излучение в виде гамма-лучей, а также нейтронов и рентгеновских лучей.Эти сигналы не заботятся о температуре и альбедо материала мишени. Беспорядочный охват окружающего пространства космическими лучами малой мощности может выявить положение космических кораблей с криогенным охлаждением. Конечно, корабли-невидимки могут использовать электромагнитную защиту для отражения этих лучей, но акт ионизации входящего луча, так что он отклоняется магнитным полем, создает собственные отличительные, но более диффузные и неточные сигналы.

Наконец, хотя люди являются мягкими целями, которые хотят держаться подальше от пучков частиц, было бы интересно держать их поблизости.Использование пучков тяжелых частиц для повреждения корпуса военного корабля с последующим отключением его с помощью радиационной атаки означало бы, что высока вероятность того, что битва закончится, и большинство космических кораблей с обеих сторон останется в основном неповрежденным. Отправка ремонтной бригады для замены чувствительной электроники и компьютеров на выведенных из строя боевых кораблях может быть разницей между поражением в битве и победой в войне.

Учитывая все это, нельзя отказываться от лазеров.

Лазеры обладают полезностью и преимуществами, которые позволяют использовать их вместе с пучками частиц вместо одного или другого.

Лазеры трудны для создания «длин волн» пучков частиц, но они могут компенсировать это, используя большие и легкие зеркала. Эти зеркала могут достигать десятков метров в диаметре, что обеспечивает очень эффективную дальность действия.

Дальность действия лазера может быть еще больше расширена за счет использования перемычек для лазерного оружия.

Ретрансляция луча от одного зеркала к другому — это не подвиг, который лучи частиц могут воспроизвести.

Всегда путешествуя по точке C, лазеры испытывают световое отставание на расстояниях, превышающих 300 000 км.Пучки более медленных частиц страдают от эквивалента легкого запаздывания на более коротких расстояниях, а тяжелые частицы страдают от него даже на расстояниях в несколько тысяч километров.

Необходимость в движущейся турели для изменения направления пучка нейтральных частиц замедляет переключение цели. Лазерам нужно только повернуть зеркало. Лазеры с фазированной антенной решеткой могут изменять свой выходной сигнал электронным способом за микросекунды, что делает их намного лучшими вариантами для точечной защиты. Лазеры также являются модульными и делимыми, поэтому один лазерный генератор может разделять свой луч на несколько каналов или дополнять группу генераторов, работающих вместе.У них есть дополнительная полезность, позволяющая смягчить реакцию (предупредительные выстрелы и низкое отопление) и работать в верхних слоях атмосферы планет или через них. Пучки частиц высокой энергии, предназначенные для использования в космосе, совершенно неэффективны на высоте ниже 150 км вокруг Земли.

Импульсный лазер намного проще, чем пучок частиц. У нас есть устройства, работающие на шкале фемтосекунд. Удвоение или утроение частоты также делает их очень полезными для ослепления датчиков во многих диапазонах длин волн.

Лазеры и пучки частиц на практике компенсируют недостатки друг друга. Лазеры начнут бой с их крайнего диапазона, но затем лучи частиц используются для ухудшения отражающих поверхностей противника, чтобы они могли нанести урон. Лучи частиц могут быстро разрушить хрупкие зеркала лазеров, используемых для «встречного излучения», в котором они пытаются направить лазерные лучи назад по оптике, чтобы повредить внутренние компоненты. Лазеры, в свою очередь, могут стереть экраны из металлической фольги и обойти электромагнитную защиту, чтобы начать нагревать броню, что, возможно, приведет к выходу из строя сверхпроводящих проводов.

Наличие ультрафиолетового лазера мощностью от нескольких десятков до сотен мегаватт в дополнение к оружию из пучка частиц дает больше возможностей для нападения, а также для защиты: лазер может ионизировать пучки частиц противника на расстоянии или прожигать каналы через плазменные экраны, чтобы позвольте вашим собственным пучкам частиц пройти.

Что дальше?

На подготовку ушло много времени! Многие ученые и исследователи поделились своими знаниями с помощью сообщества ToughSF в твиттере, G + и нашем Discord.

Следующие шаги — ответить на комментарии, а затем провести дальнейшее исследование возможностей механизмов защиты от пучков частиц, а также изучить более продвинутые методы создания и обращения с ускорителями плазменного кильватерного поля, такими как охлаждение пучка. и пучковая конденсация.

Robinson Metal, Inc. Информация | Robinson Metal, Inc. Профиль

Мы установили стандарт поиска писем

Нам доверяют более 8,1 миллиона пользователей и 95% из S&P 500.

---

Нам не с чего начать. Обыскивать Интернет круглосуточно — это не поможет. RocketReach дал нам отличное место для старта. Теперь у нашего рабочего процесса есть четкое направление — у нас есть процесс, который начинается с RocketReach и заканчивается огромными списками контактов для нашей команды продаж..it, вероятно, сэкономит Feedtrail около 3 месяцев работы в плане сбора лидов. Мы можем переключить наше внимание на поиски клиента прямо сейчас!

Отлично подходит для составления списка потенциальных клиентов. Мне понравилась возможность определять личные электронные письма практически от любого человека в Интернете с помощью RocketReach. Недавно мне поручили проект, который рассматривал обязанности по связям с общественностью, партнерству и разъяснительной работе, и RocketReach не только связал меня с потенциальными людьми, но и позволил мне оптимизировать мой поисковый подход на основе местоположения, набора навыков и ключевого слова.

— Брайан Рэй , Менеджер по продажам @ Google

До RocketReach мы обращались к людям через профессиональные сетевые сайты, такие как Linkedln.Но нам было неприятно ждать, пока люди примут наши запросы на подключение (если они вообще их приняли), а их отправка обходится слишком дорого … это было серьезным ударом скорости в нашем рабочем процессе и источником нескончаемого разочарования. Благодаря огромному количеству контактов, которые мы смогли найти с помощью RocketReach, платформа, вероятно, сэкономила нам почти пять лет ожидания.

Это лучшая и самая эффективная поисковая система по электронной почте, которую я когда-либо использовал, и я пробовал несколько.Как по объему поисков, так и по количеству найденных точных писем, я считаю, что он превосходит другие. Еще мне нравится макет, он приятный на вид, более привлекательный и эффективный. Суть в том, что это был эффективный инструмент в моей работе как некоммерческой организации, обращающейся к руководству.

До RocketReach процесс поиска адресов электронной почты состоял из поиска в Интернете, опроса общих друзей или преследования в LinkedIn.Больше всего меня расстраивало то, как много времени все это занимало. Впервые я использовал RocketReach, когда понял, что принял правильное решение. Поиск писем для контактов превратился в одноразовый процесс, а не на неделю.

Поиск электронных писем для целевого охвата был вручную и занимал очень много времени. Когда я попробовал RocketReach и нашел бизнес-информацию о ключевых людях за считанные секунды с помощью простого и непрерывного процесса, меня зацепило! Инструмент сократил время на установление связи с новыми потенциальными клиентами почти на 90%.

Ричард Робинсон, давний генеральный директор Scholastic, скончался по адресу 84

.

Автор: HILLEL ITALIE, Associated Press

Размещено: 6 июня 2021 г. / 20:42 CDT / Обновлено: 6 июня 2021 г. / 20:42 CDT

Ричард Робинсон позирует на литературном гала-вечере PEN America 2019 в Американском музее естественной истории в Нью-Йорке во вторник, 21 мая 2019 г., фото из архива.Робинсон, который в качестве давнего главы Scholastic Inc. руководил такими бестселлерами, как J.K. Умерли романы Роулинг «Гарри Поттер» и серия «Голодные игры» Сюзанны Коллинз, а также широкий спектр учебных материалов, читальных клубов и книжных ярмарок. Ему было 84 года. Детский издательский гигант объявил, что Робинсон умер в субботу, 5 июня 2021 года, но не сразу назвал причину. (Фото Эвана Агостини / Invision / AP)

НЬЮ-ЙОРК (AP) — Ричард Робинсон, долгое время возглавлявший Scholastic Inc., сформировала читательские привычки миллионов юных читателей благодаря таким бестселлерам, как J.K. Романы Роулинг «Гарри Поттер» и многочисленные учебные материалы, читальные клубы и книжные ярмарки умерли. Ему было 84 года.

Детский издательский гигант объявил, что Робинсон умер в субботу, но не сразу назвал причину. По словам издателя, у него было отличное здоровье.

«Мы глубоко опечалены внезапной кончиной Дика Робинсона», — говорится в заявлении совета директоров Scholastic.«Дик был настоящим провидцем в мире детских книг и неумолимым защитником детской грамотности и образования с удивительной страстью на протяжении всей своей жизни».

Scholastic является крупнейшим в мире издателем детских книг и уже давно заявляет, что распространяет 1 из каждых 3 детских книг в США. Чистый капитал публичной компании оценивается примерно в 1,2 миллиарда долларов, по сравнению с более чем 1,6 миллиарда долларов в 2016 году, но значительно выше. минимум, менее 800 миллионов долларов во время прошлогодней пандемии.

Помимо книг «Поттер», Scholastic также издает такие популярные сериалы, как «Голодные игры» Сюзанны Коллинз, «Трусы капитана» Дэва Пилки и «Большой красный пес» Нормана Бридвелла. В остальном Scholastic является неотъемлемой частью учебного заведения благодаря своим клубам, информационным бюллетеням и другим программам, включая партнерство с писателем Джеймсом Паттерсоном. Среди участников ежегодной премии Scholastic Art & Writing Awards для студентов были Роберт Редфорд, Стивен Кинг и Лена Данэм.

Кларенс Уильямс III, Линк из команды Mod Squad, умер в возрасте 81 года.

Библиотекарь Конгресса Карла Хайден в воскресенье написала в Твиттере, что «Робинсон был великаном и легендой в детской литературе», и процитировала его «непреходящее наследие» как сторонника библиотек и чтения.

Робинсон, уроженец Питтсбурга и выпускник Гарвардского колледжа, был сыном Мориса Р. Робинсона, который в 1920 году основал Scholastic как журнал для школьных классов. середина 1960-х гг. Он был назначен президентом в 1974 году, генеральным директором в 1975 году и председателем совета директоров в 1982 году.

Время Робинсона в Scholastic было отмечено глобальной экспансией, финансовыми взлетами и падениями, даже с историческим успехом «Гарри Поттера» и периодическими битвами с цензорами, которые возражали против таких книг, как «Поттер», «Капитан Трусы» и «Алекса Джино». Джордж »как неподходящий для младших читателей.Учебные книги часто фигурируют в ежегодном списке «проблемных книг», который составляет Американская библиотечная ассоциация.

«Мы твердо убеждены в том, что наши книги и журналы должны затрагивать сложные актуальные темы, даже если мы столкнемся с негативной реакцией или бойкотом», — сказал Робинсон Associated Press в 2020 году.

Робинсон также руководил историческими изменениями в бизнесе и культуре, будь то рост цифровых медиа или усиление внимания к разнообразию и анализу прошлого.В 2016 году Scholastic снял «Именинный торт для Джорджа Вашингтона», фоторепортаж об одном из рабов Вашингтона после широко распространенных утверждений о том, что книга представляет собой добрый портрет порабощения. Этой весной Пилки согласился снять «Приключения Ока и Глюка» из-за того, что он назвал «вредными расовыми стереотипами».

Chloe x Halle, H.E.R из плейлиста Apple Music за июнь

Выступая перед AP в прошлом году, Робинсон сказал, что Scholastic стремится обучать читателей беспристрастным образом.

«Мы занимаемся такими проблемами, как глобальное потепление, расовое неравенство, не поляризируя проблему, а высказывая точки зрения с обеих сторон, и занимаем сбалансированную нейтральную позицию, но не в смысле мягкости», — сказал он. «Вот аргументы по другому. Вот что говорят люди. Вот вопросы, которые вы можете задать, чтобы сформулировать свое собственное мнение ».

Робинсон — бывший председатель отраслевой торговой группы Ассоциация американских издателей и член Зала славы Ассоциации издателей образования.В 2017 году Робинсон получил почетную Национальную книжную премию за вклад в литературное сообщество. Два года спустя он был процитирован PEN America за его вклад в свободу слова.

«Работа с вами и командой Scholastic над Гарри Поттером была одним из самых значимых и значимых партнерских отношений в моей жизни», — сказала Роулинг, британский писатель, для которой Scholastic служила издателем своих книг о Поттере в США, в 2019 году заявление, предоставленное для премии ПЕН-клуба.«Между авторами и издателями, которые их поддерживали, существуют уникальные отношения — и ты, Дик, поддерживал меня и мою работу бесчисленными, неописуемыми способами».

Последние новости прямо на ваш почтовый ящик: Нажмите здесь, чтобы подписаться на ежедневный дайджест новостей KSN

Певец, пробовавшийся в AC / DC в 2016 году, получил новую группу

Вы могли бы вспомнить певца Альви Робинсона как парня, которого уволили со своей основной работы на прослушивание в AC / DC.

Робинсон присоединился к трибьют-группе Thunderstruck в 2013 году и добился успеха в качестве одного из четырех певцов, которые прошли прослушивание на роль Брайана Джонсона в туре AC / DC «Rock or Bust».Робинсон потерял работу техника по HVAC, потому что проба была настолько секретной, что он не мог сказать своему боссу, почему ему пришлось внезапно уйти с работы.

Хотя вокалист Guns N ‘Roses Эксл Роуз был назначен на временную роль, Робинсон навсегда запомнит историю того времени, когда он репетировал полный сет с участниками AC / DC.

Теперь он снова стал фронтменом новой группы, играющей оригинальные песни, — The L.A. Maybe. Группа только что выложила видеоклип на песню «Mr. Danger», и ниже Робинсон рассказал нам о том, что происходило в его жизни после того важного прослушивания.

Идя на прослушивание в AC / DC, я действительно не очень надеялся на то, что получу концерт… но получать от них письмо о продвижении вперед без меня все равно было больно. Люди продолжали говорить мне, что я должен быть благодарен, что меня даже рассматривали, чтобы заменить Брайана Джонсона, но они просто не понимали моих стремлений к большой сцене и 50 000 зрителей.

Поначалу я начал относиться к себе немного серьезнее, надеясь, что новый подход (и печать одобрения AC / DC) каким-то образом поможет мне как-то быстро попасть в тень всеобщего внимания.Этот новый дух угас так же быстро, как и появился, когда я барахтался по маленьким барам, едва в состоянии расплатиться за пиво из ночных заработков на сцене.

Я отвернулся от музыкальной сцены, погрузился в свою повседневную работу и обнаружил огромное облегчение в ежедневных достижимых целях.

Примерно в то время, когда я обосновался, меня попросили выступить перед трибьют-группой Guns N ’Roses, Nightrain. Я неохотно пошел на концерт, не ожидая многого, но ища шанс сыграть несколько моих любимых песен. В конце концов, уравновесить группу и мою рабочую жизнь стало невозможно, поэтому я повесил ключи от грузовика на парик Axl.

Через месяц со мной связался Даллас Дуайт из Лос-Анджелеса. Может быть, с предложением написать оригинальную музыку, что всегда было моим сильным желанием.

Мы тут же нырнули, и ребята подъехали на небольшую пробку, чтобы почувствовать друг друга. Четыре дня спустя я был в вокальной кабинке и записывал треки. Прежде чем я смог понять, что я вообще делаю, у нас был закончен полноформатный альбом.

Теперь, когда альбом выйдет 26 марта, мы с нетерпением ждем выхода из изоляции и уделим серьезное время сцене, чтобы показать вам все, на что мы действительно способны!

Follow The L.A. Может быть, в Facebook, Instagram, Twitter и Spotify. Посмотрите видеоклип на «Mr. Danger» ниже и найдите дебютный альбом группы, Dirty Damn Tricks , который выйдет 26 марта.

LA Maybe, «Mr. Danger» Музыкальное видео

25 Legendary Рок-альбомы без слабых песен

Будет ли медицинский кабинет по-прежнему востребован после пандемии? На это делает ставку один проект Chesapeake

Автор: Кимберли Пирсол — пилот из Вирджинии

CHESAPEAKE — Можно было предположить, что глобальная пандемия здравоохранения станет благом для медицинской промышленности.Хотя это может относиться к компаниям, работающим над вакциной от вируса COVID-19, пандемия привела к увольнениям среди медицинских специалистов, и поставщики услуг обратились за помощью к правительству, чтобы остаться на плаву, поскольку они наращивали телемедицину.

Куда это выходит из кабинета вашего районного врача?

Никто точно не знает, как пандемия повлияет на спрос на коммерческую недвижимость в долгосрочной перспективе, но одно можно сказать наверняка: человек еще не может пройти лечение корневых каналов или провести амбулаторную операцию в домашних условиях.Офисы также в основном открылись и продолжили работу.

Один застройщик из Вирджинии-Бич, который сотрудничал с землевладельцем из Чесапика, настолько уверен в спросе на медицинские офисные помещения, что компания планирует построить их 92 400 квадратных футов.

С января 2019 года, не считая развития больницы, Hampton Roads открыла около 293000 квадратных футов новых офисных площадей, по данным CoStar, который отслеживает статистику коммерческой недвижимости. Из них 105 000 квадратных футов, или почти 36%, занимают медицинские офисы.Этот процент намного больше, чем в других городских районах, включая Вашингтон (10%), Ричмонд (2%) и Балтимор (0%).

Размер проекта Chesapeake немаловажен, сказал Эмилиано Моралес Флорес, рыночный аналитик CoStar.

Согласно данным CoStar, доля вакантных медицинских офисов в Хэмптон-Роудс колеблется в районе 6%, что лучше, чем 8% для всех офисных помещений, в то время как в последнее время арендная плата составляла 19,85 долларов за квадратный фут, что немного меньше, чем в целом по офисным помещениям в целом. по 20 долларов.31. Медицинские услуги обычно ниже в среднем и на других рынках.

Проект класса A в Чесапике, недалеко от бульвара Battlefield и объездной дороги США 168, к югу от регионального медицинского центра Чесапика, запрашивает 23,50 доллара США по трехуровневой аренде, которая включает долю арендатора в расходах на обслуживание здания и налоги на недвижимость.

Почти год назад S.L. Брокеры Nusbaum Realty Co. Крис Зарпас и Крис Девайн — с исследованиями, показавшими, что существующие окружающие медицинские офисные помещения заполнены на 97% и не было никаких новых разработок, — обратились в Robinson Development Group из Вирджинии-Бич, чтобы рассказать о них. проект.

Земля уже зонирована для коммерческого использования, но проект должен будет пройти согласование городского плана участка.

Крис Сандерс из Robinson Development сказал, что после того, как 65% площади будет сдано в аренду и компания начнет строительство, она может быть открыта через 11 месяцев. Он сказал, что рассчитывает привлечь тех, кто уже находится в непосредственной близости, ищущих новые помещения, заявив, что он уже получил известие от некоторых, а также тех, кто не работает на рынке, которые ищут доступ к близлежащему региональному медицинскому центру Чесапика.

Он сказал, что пандемия не изменила их планы, и считает, что выбор времени может быть выгоден, поскольку провайдеры объединяются и стремятся выйти в новое пространство, которое может предложить более современные удобства, такие как улучшенная технологическая инфраструктура для телемедицины и системы отопления, вентиляции и кондиционирования, включая очистители воздуха.

«Он не остановил практику», — сказал он, отметив, что многие выяснили, как управлять рисками с помощью уже стандартных стратегий: ношение масок, социальное дистанцирование и дополнительная уборка. «Они по-прежнему заинтересованы в переоснащении и расширении.”

Хильда Мартин, руководитель и основатель Revista, которая отслеживает информацию о медицинской недвижимости, заявила, что в этих данных заметно оживление среди поставщиков медицинских услуг.

Аренда медицинского офиса по-прежнему постоянно выплачивается арендодателям, и «с точки зрения заполняемости она была невероятно стабильной». Она назвала медицинские офисные здания «пузырем стабильности» во время пандемии. Так было и после последней рецессии в конце 2000-х. Единственное изменение, которое она заметила, — это задержка с открытием проектов, строительство которых уже началось.Она сказала, что ожидает скачка спроса на медицинские услуги, поскольку многим людям пришлось отложить посещения из-за приказов о закрытии коронавируса.

Что касается спроса, пережившего период экономического спада, Зарпас уверен, что по мере старения страны всегда будет потребность в дополнительных медицинских помещениях.

«Не нужно быть ученым-ракетчиком, чтобы сказать, что здесь есть необходимость», — сказал он.

Гафний (Hf)

Гафний (Hf)

мягкий серебристый металлический элемент

Недвижимость

атомный номер 72
атомный вес 178.49 а.е.

точка плавления 3902 F (2150 C)
точка кипения 9752 F (5400 C)

количество стабильных изотопов 5

Металлический гафний серебристого цвета, но обычно кажется серым из-за оксидного слоя, который образует когда металл подвергается воздействию воздуха.

Порошок гафния может самовоспламеняться. в воздухе.

Гафний можно легировать железом, ниобий, тантал и многие другие элементы.

Гафний устойчив к концентрированным щелочей, но при высоких температурах легко вступает в реакцию с кислород, азот, углерод, бор, сера и кремний.

Источники

Гафний никогда не встречается в качестве бесплатного стихия в природе. Большинство минералов циркония содержат от 1 до 3% гафния, и большая часть гафния производится как побочный продукт циркониевой продукции.

Использует

Гафний используется для стержней управления ядерными реакторами. из-за его способности поглощать нейтроны и хороших механические и коррозионные свойства. Это также используется в качестве нити накаливания в фотографических лампах-вспышках, газонаполненных лампах и лампах накаливания, а также как в катодах, конденсаторах и других электронных оборудование.

Соединения оксида гафния используются в несколько кремниевых чипов для производства процессоров меньшего размера с повышенной энергоэффективностью.Гафний-ниобиевые сплавы используются во многих аэрокосмических приложениях, в том числе в космосе. ракетные двигатели, а карбид гафния используется для температурные печи и обжиговые печи.

История

Русский химик Дмитрий Менделеев предсказал существование «элемента 72» в 1869. Жорж Урбен думал, что открыл, что элемент, который он назвал Celtium , в 1911 году, но его открытие позже было обнаружено как смесь ранее известные элементы.В 1921 году Нилс Бор предположил, что Венгерский радиохимик Джордж фон Хевеши ищет элемент в циркониевых рудах. Hevesy объединился с датским химик Дирк Костер, и оба открыли гафний в 1923. Мужчины взяли название элемента от Hafnia , латинское слово для Копенгаген , город, где это была открыта и столица Дании.