Ядерный импульсный двигатель, катализируемый антиматерией - Википедия - Antimatter-catalyzed nuclear pulse propulsion

Катализируемая антивеществом ядерная импульсная тяга это вариант ядерная импульсная тяга на основе инъекции антивещество в массу ядерного топлива, которое обычно не используется в двигательной установке. Антипротоны, использованные для начала реакции, потребляются, поэтому называть их антипротонами неправильно. катализатор.

Описание

У традиционных ядерно-импульсных двигателей есть обратная сторона: минимальный размер двигателя определяется минимальным размером двигателя. ядерные бомбы используется для создания тяги. Обычная ядерная Водородная бомба конструкция состоит из двух частей, начальный который почти всегда основан на плутоний, а вторичный с использованием термоядерного топлива, обычно дейтерида лития. Существует минимальный размер первичной обмотки, около 25 кг, который производит небольшой ядерный взрыв около 1/100 килотонны (10 тонн, 42 ГДж; W54 ). Более мощные устройства увеличиваются в размерах в основном за счет добавления термоядерного топлива. Из этих двух термоядерное топливо намного дешевле и выделяет гораздо меньше радиоактивных продуктов, поэтому с точки зрения стоимости и эффективности более крупные бомбы намного эффективнее. Однако использование таких больших бомб для приведения в движение космических кораблей требует гораздо более крупных конструкций, способных выдерживать нагрузку. Между этими двумя требованиями существует компромисс.

Путем введения небольшого количества антивещество в докритическая масса топлива (обычно плутоний или же уран ) деление топлива можно принудительно. У антипротона есть отрицательный электрический заряд прямо как электрон, и аналогичным образом может быть захвачен положительно заряженным атомное ядро. Однако исходная конфигурация нестабильна и излучает энергию в виде гамма излучение. Как следствие, антипротон движется все ближе и ближе к ядру, пока они в конце концов не соприкоснутся, после чего антипротон и протон оба уничтожены. Эта реакция высвобождает огромное количество энергии, часть которой выделяется в виде гамма-лучей, а часть передается в виде кинетической энергии ядру, вызывая его взрыв. В результате ливень нейтроны может вызвать быстрое деление окружающего топлива или даже термоядерная реакция.

Нижний предел размера устройства определяется проблемами обращения с протонами и требованиями реакции деления; как таковой, в отличие от Проект Орион Двигательная установка, которая требует большого количества ядерных взрывных зарядов или различных двигателей антивещества, которые требуют невероятно дорогих количеств антивещества, ядерная импульсная двигательная установка, катализируемая антивеществом, имеет существенные преимущества.^[1]

Концептуальный проект термоядерного взрывчатого вещества на антивеществе физический пакет, это тот, в котором первичная масса плутония, обычно необходимая для воспламенения в обычном Теллер-Улам термоядерный взрыв, заменяется одним микрограмм антиводорода. В этой теоретической конструкции антивещество охлаждается гелием и магнитно-левитирует в центре устройства в форме таблетки диаметром в десятые доли миллиметра, положение, аналогичное первичному ядру деления в слоистой корке /Слойка дизайн^[2]^[3]). Поскольку антивещество должно оставаться вдали от обычного вещества до желаемого момента взрыва, центральная таблетка должна быть изолирована от окружающей полой сферы из 100 граммов термоядерного топлива. Во время и после имплозивный сжатие фугас линзы термоядерное топливо вступает в контакт с антиводородом. Реакции аннигиляции, которые начнутся вскоре после Ловушка Пеннинга разрушается, чтобы обеспечить энергию для начала ядерного синтеза в термоядерном топливе. Если выбранная степень сжатия высока, получается устройство с повышенным взрывным / движущим действием, а если оно низкое, то есть топливо не имеет высокой плотности, значительное количество нейтронов вылетает из устройства, и нейтронная бомба формы. В обоих случаях электромагнитный импульс эффект и радиоактивный выпадать существенно ниже, чем у обычного деления или Теллер-Улам устройство той же мощности, примерно 1 кт.^[4]

Сумма, необходимая для термоядерного устройства

Количество антипротонов, необходимое для запуска одного термоядерного взрыва, по расчетам в 2005 г. ${ displaystyle 10 ^ {18}}$ , что означает количество антиводорода в микрограммах.^[5]

Возможна также настройка характеристик космического аппарата. Эффективность ракеты сильно зависит от массы рабочая масса использовано, которое в данном случае является ядерным топливом. Энергия, выделяемая данной массой термоядерного топлива, в несколько раз больше, чем энергия, выделяемая той же массой термоядерного топлива. Для миссий, требующих коротких периодов высокой тяги, таких как пилотируемые межпланетные полеты, чистое микроделение может быть предпочтительным, поскольку оно уменьшает количество необходимых топливных элементов. Для миссий с более длительными периодами более высокой эффективности, но с меньшей тягой, таких как зонды внешних планет, может быть предпочтительна комбинация микроделения и синтеза, поскольку это уменьшит общую массу топлива.

Исследование

Концепция была изобретена в Государственный университет Пенсильвании до 1992 года. С тех пор несколько групп изучали в лаборатории двигатели на основе антивещества микроделения / синтеза (иногда антипротон в отличие от антивещество или же антиводород).^[6]

Работа выполнена на Национальная лаборатория Лоуренса Ливермора о слиянии, инициированном антипротонами, еще в 2004 г.^[7] В отличие от большой массы, сложности и рециркуляционной мощности обычных драйверов для термоядерный синтез с инерционным удержанием (ICF), аннигиляция антипротонов предлагает удельную энергию 90 МДж на мкг и, таким образом, является уникальной формой упаковки и доставки энергии. В принципе, антипротонные драйверы могут обеспечить значительное снижение массы системы для перспективных космических двигателей с помощью ICF.

ICF, управляемая антипротонами, является умозрительной концепцией, и обращение с антипротонами и требуемая точность их введения - во времени и в пространстве - будут представлять значительные технические проблемы. Хранение и манипулирование антипротонами низкой энергии, особенно в форме антиводород, это наука в зачаточном состоянии, и для того, чтобы начать серьезную программу исследований и разработок для таких приложений, потребовалось бы масштабное увеличение производства антипротонов по сравнению с существующими методами доставки.

Текущий (2011 г.) рекорд по хранению антивещества составляет чуть более 1000 секунд, выполненных в ЦЕРН объект, монументальный скачок от миллисекундных временных масштабов, которые ранее были достижимы.^[8]

Смотрите также

внешняя ссылка

[1] Кирхер. "Антивещество: двигатель деления / синтеза". Получено 8 октября 2012.

[2] ttp://www.slideshare.net/dpolson/nuclear-fusion-4405625 стр.11

[3] ttp://nuclearweaponarchive.org/Nwfaq/Nfaq1.html#nfaq1.5 Слойка

[4] ttp://cui.unige.ch/isi/sscr/phys/anti-BPP-3.html Рис. 2. Охлажденный гелием Магнитно-левитирующая яма, содержащая антиводород, окруженная термоядерным топливом, вся сжатая в результате взрыва фугасной линзы.

[5] Гспонер, Андре; Хурни, Жан-Пьер (2005). «Синтез антивещества и термоядерные взрывы». arXiv:физика / 0507125.

[6] «Катализируемые антипротонами двигательные установки на основе микроделения / термоядерного синтеза для исследования внешней Солнечной системы и за ее пределами» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 24 августа 2012 г.. Получено 8 октября 2012.

[7] Перкинс; Орт; Табак (2004). «О применении антипротонов в качестве драйверов термоядерного синтеза с инерционным удержанием» (PDF). Термоядерная реакция. 44 (10): 1097. Bibcode:2004NucFu..44.1097P. Дои:10.1088/0029-5515/44/10/004. Получено 1 августа 2018.

[8] Альфа-сотрудничество; Андресен, Г. Б .; Ашкезари, М. Д .; Baquero-Ruiz, M .; Bertsche, W .; Bowe, P.D .; Батлер, Э .; Cesar, C.L .; Charlton, M .; Deller, A .; Eriksson, S .; Fajans, J .; Friesen, T .; Fujiwara, M.C .; Gill, D. R .; Gutierrez, A .; Hangst, J. S .; Харди, W. N .; Hayano, R. S .; Хайден, М. Э .; Хамфрис, А. Дж .; Hydomako, R .; Jonsell, S .; Kemp, S.L .; Курчанинов, Л .; Madsen, N .; Menary, S .; Nolan, P .; Ольчанский, К .; и другие. (2011). «Удержание антиводорода на 1000 секунд». Природа Физика. 7 (7): 558–564. arXiv:1104.4982. Bibcode:2011НатФ ... 7..558А. Дои:10.1038 / nphys2025.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]