Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Катализируемая антивеществом ядерная импульсная тяга - это разновидность ядерной импульсной тяги, основанная на впрыске антивещества в массу ядерного топлива, которая обычно не используется в движущей силе. Антипротоны, используемые для начала реакции, расходуются, поэтому называть их катализаторами неправильно .

Описание [ править ]

У традиционных ядерных импульсных двигателей есть обратная сторона: минимальный размер двигателя определяется минимальным размером ядерных бомб, используемых для создания тяги. Конструкция обычной ядерной водородной бомбы состоит из двух частей: первичной, которая почти всегда основана на плутонии , и вторичной, использующей термоядерное топливо, обычно дейтерид 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 бомбы большего размера 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 впрыска небольшого количества антивещества в докритическую массу топлива (обычно плутоний или уран ) деление топлива может быть вызвано. Антипротон имеет отрицательный электрический заряд, как и электрон , и может быть захвачен таким же образом положительно заряженным атомным ядром . Однако первоначальная конфигурация нестабильна и излучает энергию в виде гамма-лучей . Как следствие, антипротон движется все ближе и ближе к ядру, пока они в конце концов не соприкоснутся, после чего антипротон и протоноба 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. Возникающий поток нейтронов может вызвать быстрое деление окружающего топлива или даже ядерный синтез .

Нижний предел размера устройства определяется проблемами обращения с протонами и требованиями реакции деления; Таким образом, в отличие от двигательной установки типа « Орион» , которая требует большого количества ядерных взрывных зарядов, или различных двигателей антивещества, требующих невероятно дорогих количеств антивещества, ядерная импульсная двигательная установка, катализируемая антивеществом, имеет существенные преимущества. [1]

Концептуальный проект пакета физики термоядерных взрывчатых веществ, катализируемого антивеществом , представляет собой тот, в котором первичная масса плутония, обычно необходимая для воспламенения при обычном термоядерном взрыве Теллера-Улама , заменяется одним микрограммом антиводорода. В этой теоретической схеме антивещество охлаждается гелием и магнитно-левитирует в центре устройства в форме таблетки диаметром в десятые доли миллиметра, положение аналогично первичному ядру деления в слоистой корке / конструкции Слойки. [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 имплозийным сжатия со стороны высоких взрывными линзами, слитое топливо вступает в контакт с антиводородом. Реакции аннигиляции, которые начнутся вскоре после разрушения ловушки Пеннинга , должны 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 нейтрон бомбитьформы. В обоих случаях эффект электромагнитного импульса и радиоактивные осадки существенно ниже, чем у обычного устройства деления или устройства Теллера-Улама той же мощности, примерно 1 кт. [4]

Сумма, необходимая для термоядерного устройства [ править ]

Количество антипротонов, необходимое для запуска одного термоядерного взрыва, было рассчитано в 2005 году , что означает количество антиводорода в микрограммах. [5]

Возможна также настройка характеристик космического аппарата. Эффективность ракеты сильно зависит от массы используемой рабочей массы , которой в данном случае является ядерное топливо. 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, может быть предпочтительнее чистое микроделение, поскольку оно уменьшает количество необходимых топливных элементов. Для миссий с более длительными периодами более высокой эффективности, но с меньшей тягой, таких как космические зонды, может быть предпочтительна комбинация микроделения и синтеза, поскольку это уменьшит общую массу топлива.

Исследование [ править ]

Эта концепция была изобретена в Государственном университете Пенсильвании до 1992 года. С тех пор несколько групп исследовали в лаборатории двигатели микроделения / синтеза, катализируемые антивеществом (иногда антипротонами, а не антивеществом или антиводородом ). [6]

Еще в 2004 году в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса была проведена работа по инициированному антипротонами слиянию. [7] В отличие от большой массы, сложности и рециркуляционной мощности обычных драйверов для синтеза с инерционным удержанием (ICF), аннигиляция антипротонов предлагает определенную энергию 90 МДж на мкг и, таким образом, уникальная форма 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 низкоэнергетических антипротонов, особенно в форме антиводорода , и манипулирование ими - это наука в зачаточном состоянии, и для начала серьезной программы исследований и разработок для таких приложений потребуется крупномасштабное увеличение производства антипротонов по сравнению с существующими методами доставки.

Текущий (2011 г.) рекорд по хранению антивещества составляет чуть более 1000 секунд, выполненных в ЦЕРНе , - грандиозный скачок по сравнению с миллисекундными временами, которые ранее были достижимы. [8]

См. Также [ править ]

  • ICAN-II
  • AIMStar
  • Ракета на антивеществе
  • Антивещественное оружие
  • Ядерный импульсный двигатель

Ссылки [ править ]

  1. ^ Кирхер. «Антивещество: двигатель деления / синтеза» . Проверено 8 октября 2012 года .
  2. ^ http://www.slideshare.net/dpolson/nuclear-fusion-4405625 стр. 11
  3. ^ http://nuclearweaponarchive.org/Nwfaq/Nfaq1.html#nfaq1.5 Sloika
  4. ^ http://cui.unige.ch/isi/sscr/phys/anti-BPP-3.html Рис. 2. Охлажденный гелием Яма, содержащая антиводород с магнитной левитацией, окруженная термоядерным топливом, вся сжатая взрывным взрывом линзы. .
  5. ^ Gsponer, 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 оригинального (PDF) 24 августа 2012 года . Проверено 8 октября 2012 года .
  7. ^ Перкинс; Орт; Табак (2004). «О применении антипротонов в качестве драйверов для термоядерного синтеза с инерционным удержанием» (PDF) . Ядерный синтез . 44 (10): 1097. Bibcode : 2004NucFu..44.1097P . DOI : 10.1088 / 0029-5515 / 44/10/004 . Проверено 1 августа 2018 .
  8. ^ Альфа-сотрудничество; Андресен, Великобритания; Ашкезари, доктор медицины; Baquero-Ruiz, M .; Bertsche, W .; Bowe, PD; Батлер, Э .; Cesar, CL; Charlton, M .; Deller, A .; Eriksson, S .; Fajans, J .; Friesen, T .; Fujiwara, MC; Гилл, Д.Р .; Gutierrez, A .; Hangst, JS; Харди, WN; Хаяно, РС; Хайден, Мэн; Хамфрис, AJ; Hydomako, R .; Jonsell, S .; Кемп, С.Л .; Курчанинов, Л .; Madsen, N .; Menary, S .; Nolan, P .; Ольчанский, К .; и другие. (2011). «Удержание антиводорода на 1000 секунд». Физика природы . 7 (7): 558–564. arXiv : 1104.4982 . Bibcode : 2011NatPh ... 7..558A . DOI : 10.1038 / nphys2025 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Страница обсуждает возможность использования антивещества в качестве триггера термоядерного взрыва
  • Документ, в котором обсуждается количество антипротонов, необходимое для зажигания термоядерного оружия.