Позитронная ракета

[STEP]

http://www.membrana.ru/articles/technic/2006/04/17/160200

.html

Когда в Американских фильмах человек регистрируется в гостиннице под именем Мистер Смит, то раздается дружный смех. А тут Мистер Смит дает интервью о сверхновом сверхэкономичном двигателе ...
Все это наводит на размышлизмы  :shock:
       

[samvlamix]

http://www.membrana.ru/articles/technic/2006/04/17/160200.html

Построить космический корабль на тяге анигиляции,  на много сложней чем на термоядерной. Так что, если он когда то и будет построин то не раньше термодерных двигателей.

[KBOB]

Проблема тут несколько тоньше!
НАСА и другие научные центры США давно занимаются проблемой получения и хранения антивещества - антиводорода.
Антиводород считался гораздо предподчтительнее позитронов поскольку более жесткое аннигиляционное излучение имеет меньшую длину пробега и двигатель становится компактнее.
Проблема анитиводорода в том что производство его крайне мало, количества требуемого для полета на Альфа-Центавру может быть наработано сегодняшними темпами за миллион лет!

Другое дело позитроны - получать их несравнимо легче, но вот как хранит - никто не знает.
К сожалению незнание иногда расценивается позитивно.
С другой стороны удивидельно что военные не заинтересовались, а ведь позитронные бомбы международными договорами не запрещены!

[X]

а вот еще безумная идея насчет хранения антипротонов:
надо создать разреженную протон-антипротонную плазму умеренной температуры (кэВ). Аннигиляция протона с антипротоном происходит за счет сильного взаимодействия, сечение аннигиляции - порядка сечений ядерных реакций, порядка барнов (1е-28 м2).  Если создать протон-антипротонную плазму с плотностью n~1е+20 частиц/м3 при достаточно высокой температуре , чтобы не образовывались комплексы типа pp-, то среднее время пробега частиц до аннигиляции t~1/sigma*v*n составит вполне макроскопическую величину в 100-1000 секунд , плюс-минус порядок-полтора, чего должно хватить для выхода на орбиту например.  Объемная плотность энергии за счет высокой энергоемкости аннигиляции составит величину порядка десятков ГДж/м3, то есть больше обычных химических топлив. А массовая плотность в Дж/кг будет вероятно больше химической даже с учетом магнитных систем удержания и прочих прибамбасов.
Аналогичный фокус можно провернуть и с электронами-позитронами, у них сечения аннигиляции тоже не самые большие, но за счет малой массы покоя низкая энергоемкость не будет оправдывать всей этой мороки.

[Fakir]

С протон-антипротонной или электрон-позитронной плазмой - нереально АБСОЛЮТНО. Её не то что 100-1000 секунд - и 10 секунд не удержите. Предвижу вопрос - а как же термоядерные установки? Ответ простой: а там и не нужно абсолютное удержание. Потери плазмы на стенки есть всегда, и если неустойчивости еще можно в принципе задавить, то диффузионные потери неустранимы. В термоядерной установке плазма на стенку понемногу высыпается, ну и ничего страшного - это небольшая доля общей её массы, и затраты будут возмещены с помощью инжекции. А "антиплазмой" всё куда хуже.

[samvlamix]

Проблема тут несколько тоньше!

Да, наибольшая энергопроизводительность характерна, для ядерных реакций аннигиляции: где 1 кг массы вещества и антивещества при полной аннигиляции должны выделить примерно 910 кДж энергии, что более чем на два порядка превышает  энергопроизводительность термоядерных реакций. Но в отличии от термоядерной проблемы решения задачи создания аннигиляционных установок представляется более сложной из-за того, что не решены принципиальные вопросы производства и удержания антивещества.

Получение антивещества в лабораторных условиях потребует разрешения таких проблем, как получение элементарных античастиц, синтезирование из этих античастиц химических элементов антивещества в плазменном состоянии, охлаждение плазмы, ожижения и затем отвердения антивещества. Естественно, что все перечисленные процессы должны при этом проходить без контактов антивещества со стенками установок. Это условие и является одним из решающих в проблеме получения антивещества.

[нейромантик]

Ну, если плазма будет из антиэлектронов (позитронов) то её-то удержать будет технически сравнительно просто - даже за счёт обычных электростатических сил.
Но для полётов эта штука не будет годиться ещё очень и очень долго.

К стати, изобретатели аннигиляционной ракеты на своём детище собрались с Земли взлетать.
И якобы при аварии всё будет безопасно. Рассуждают о какой-то полумильной зоне, за которой будет сравнительно безопасно...

В порядке рассмотрения этого бреда, предлагаю прикинуть вот что:
Скажем, взрывается хранилище антивещества (взрыв действительно не очень сильный, в пределах небольшой атомной бомбы). Гамма кванты разогревают до температуры кипения жидкий водород бака (большую его часть) и испаряют часть конструкций ракеты (в частности электроустановку - атомный реактор). Что дальше? Дальше взрывается водород - его взрывом антивещества основательно перемешает с кислородом воздуха.
В результате рванёт так, что от стартовой площадки не останется даже воспоминаний. И в довершение всех прелестей, окружающую местность загадит парами испарённого атомного реактора.

[Fakir]

нейромантик

Ну, если плазма будет из антиэлектронов (позитронов) то её-то удержать будет технически сравнительно просто - даже за счёт обычных электростатических сил.

Нет. Или это не плазма, или электростатикой её практически не удержать. Одно из двух, третьего не дано.
Если не плазма, а просто сборище позитронов - можно попробовать электростатикой удержать, но удастся хранить совершенно ничтожные количества.

[Waldi]

В порядке рассмотрения этого бреда, предлагаю прикинуть вот что

Почему-то мне кажется, что гамма-излучение аннигиляционной вспышки мгновенно ионизирует водород, и никакой химреакции Н2+О2 просто не будет. Да и потом, химвзрыв десятков тонн водорода на фоне мощного ядерного взрыва вряд ли кто заметит - разница мощностей на порядки, и уж точно никто не будет морочить себе голову по этому поводу.

[samvlamix]

Проблема тут несколько тоньше!
НАСА и другие научные центры США давно занимаются проблемой получения и хранения антивещества - антиводорода.
Антиводород считался гораздо предподчтительнее позитронов поскольку более жесткое аннигиляционное излучение имеет меньшую длину пробега и двигатель становится компактнее.
Проблема анитиводорода в том что производство его крайне мало, количества требуемого для полета на Альфа-Центавру может быть наработано сегодняшними темпами за миллион лет!
Другое дело позитроны - получать их несравнимо легче, но вот как хранит - никто не знает.
 

Не то слово, проблема здесь на много шире чем может показаться на первый взгляд.
Давайте рассмотрим подробней проблему получения и хранения антивещества.
      :!: Да  уже на ускорителях были получены и исследованы свойства антипротона – ядра антиводорода, ядер антидейтерия и антигелия. Но пока установок нет для получения пучков этих – антиядер, но, когда онибудут созданы, проблема получения упомянутых антиэлементов окажется, по-видимому, разрешимой.
     :arrow: Дело в том, что оснастить полученные "янтиядер", антиэлектронами (позитронами – частицами, равными по массе электронам, но имеющие положительный заряд) значительно проще.
    :arrow: Позитроны научились уже не только получать, но и накапливать в значительных количествах в так называемых "накопительных кольцах" – кольцевых магнитных системах, напоминающих ускорители.      
    :idea: Итак, далее смешивая "янтиядера" и позитроны, можно получить нейтральную плазму антивещесива.
    Как известно, плазма при магнитной изоляции может продолжительное время не вступать в контакты со стенками камер. Но, к сожалению, такое антивещество еще не может считаться пригодным для хранения на борту космической ракеты.   Дело в том, что необходимо разработать процесс охлаждения, вплоть до отвердения. Возьмем антидейтерий, т.к. твердый антидейтерий обладает достаточной плотностью для того, чтобы его можно было разместить в межзвездной ракете.
    :arrow: В принципе контейнеры для его хранения даже не обязательны. Сферические или цилиндрические глыбы антидейтерия будет удерживаться вблизи корабля с помощью электростатических полей определенной формы при динамическом регулировании.
    :?: Но опять же если, антивещество даже будет храниться во внутренней части корабля, то в настоящее время нет представлений о том, каким способом подавать его в зону реакций.
1 способ. Может быть, будут пригоден "простой" метод эрозии антивещества вследствие взаимодействия с ним потока вещества, захваченного массозаборником.
2 способ. Эрозийного разгона антивещества с помощью лазерных установок. Разгон необходим и для организации реакции аннигиляции, и для получения необходимого КПД преобразования энергии в тягу.
       :idea: Теперь об энергии антивещества, установлено, что доля "чистой" аннигиляции, т.е. перехода протонов и антипротонов непосредственно в излучение при энергии их взаимодействия 1,6 ГэВ, что составляет 30% и растет при дальнейшем увеличении этой энергии.
      :arrow: При взаимодействии "покоящихся", т.е. имеющих очень небольшую энергию, частиц и "чистых" античастиц, аннигиляции нет совсем. В место этого протоны и антипротоны последовательно рождают "пи - мезоны", и  "µ - мезоны", а затем еще электронно-позитронные пары, которые и завершают аннигиляцию, перехода в излучение.        Отрицательные и положительные  "пи - мезоны" ("элементарные" частицы, масса которых в 273 раза больше массы электрона) образуют при этом на короткое время нейтральные пары – мезоатомы, которые вообще не фокусируются магнитными полями. То же самое касается "µ - мезонов" и электронно-позитронных пар.
      :idea: Но это не всё, надо отметить что расстояние, проходимое веществом и антивеществом в процессе аннигиляции и ускорении, должно будет равняться нескольким километрам, т.к. требуется аннигиляция и ускорение квантового потока. Следовательно, это должно происходить вне приделов корабля и взаимодействовать с ним лишь посредством электромагнитных сил.
      :arrow: И еще образование несфокусированных квантов электромагнитного излучения на промежуточных и завершающей стадиях, аннигиляции требует создания фокусирующего устройства. Фокусировка электромагнитного излучения может производиться с помощью твердых поверхностей. Например, даже самый лучший отражатель коротковолнового светового излучения (фиолетовая область) видимого спектра – это полированный алюминий – поглощает при длине волны 0,2 мкм, около 60% падающего потока, а серебряные зеркала вообще не годятся т.к.  поглощают 90% излучения.  
      :arrow: Здесь нужны совершенно другие подходы для решения проблемы фокусировки электромагнитного излучения, например отражающие лазерные кристаллические системы. Где поглощаемое в кристаллах коротковолновое излучение преобразуется и высвечивается в виде когерентного (синхронного) излучения с большой длиной волны, которые намного легче фокусировать. К сожалению, эти весьма перспективные устройства непригодны из-за большой массы и сложности конструкции.

P. S.
     Возникает вопрос, на сколько реально создание такого аппарата с таким двигателем.
     Возможность же создание таких ракет будет находиться в тесной зависимости от успехов фундаментальных и прикладных исследований. Особое место в этих занимают результаты фундаментальных работ по теории поля, элементарных частиц, особенно кварков и лептонов, а также по теории возникновения и развития Вселенной. Поскольку оказывается, что изучение процессов, имеющих место при рождении нашей Вселенной, может ответить на многие вопросы о строении мира, начиная от элементарных частиц и полей и до возможности существовании антимиров.    

[mr_gorsky]

Андрей Суворов пишет:
В обычных условиях время жизни позитрония - микросекунды, но, в отличие от радиоактивных ядер, на время жизни позитрония влияет как температура, так и магнитное поле. При достижении температур в 0,001 К и в полях порядка 3-5 Тесла время жизни может быть порядка месяцев.

А можно ссылки? И кстати, квантовый эффект Зенона здесь не поможет?

[Кубик]

samvlamix пишет: Возможность же создание таких ракет будет находиться в тесной зависимости от
успехов фундаментальных и прикладных исследований

Это показывает практическое исчерпание попыток ракетного принципа передвижения с использованием новых источников энергии - различные ЯРД - ТЯРД прямого и косвенного преобразования ещё вполне возможны, благо и ресурсы для них есть,.и технологии, а теперь ждать новых открытий в физике, возможно, что пока фантастам снятся..хотя ко всяким "мгновенным" перемещениям я попрежнему скептик.. А  чего все бы хотели - обойти "формулу Циолковского", т.е. затратить на перемещение энергию "по Ньютону", пусть с поправками на к.п.д.и релятивистскими..    Добавил - отсюда прожекты ЭМ ускорителей и лазерного разгона межзвёздных зондов, но уж очень недёшево выходит...