반물질 촉매 핵펄스 추진

Antimatter-catalyzed nuclear pulse propulsion

반물질 촉매 핵펄스 추진(역시 반양전자 촉매 핵펄스 추진)은 핵연료 질량에 반물질을 주입하여 핵연료에 임계 질량이 없을 때 추진에 대한 핵 연쇄 반응을 시작하는 핵펄스 추진의 변형이다.

기술적으로 이 과정은 '촉매' 반응이 아닙니다. 반응을 시작하는 데 사용되는 항프로톤(반물질)이 소모되기 때문입니다. 촉매로 존재하는 경우 입자는 이 과정에서 변하지 않고 추가 반응을 일으키는 데 사용됩니다.반물질 입자는 반응 자체에 의해 생성될 수 있지만 연쇄 [1][2]반응을 시작하거나 지속하는 데 사용되지 않습니다.

묘사

전형적인 핵펄스 추진은 엔진의 최소 크기가 추력을 생성하는 데 사용되는 핵폭탄의 최소 크기에 의해 정의된다는 단점이 있다. 이는 반응을 개시하는 데 필요한 임계 질량의 함수이다.기존의 열핵폭탄 설계는 거의 항상 플루토늄을 기반으로 하는 1차 부분과 보통 중수소 리튬 형태의 중수소인 핵융합 연료를 사용하는 2차 부분으로 구성된다. 그리고 삼중수소 (리튬이 삼중수소로 변환되면서 반응 중에 생성된다.)임계 질량을 달성하기 위한 최소 크기(플루토늄-239의 경우 약 10kg)가 있다.보다 강력한 장치는 주로 보조 연료의 핵융합 연료 추가를 통해 크기를 확장합니다.이 둘 중 핵융합연료는 훨씬 저렴하고 방사능 생성물도 훨씬 적기 때문에 비용과 효율 측면에서 보면 큰 폭탄이 훨씬 효율적이다.하지만, 우주선 추진에 그렇게 큰 폭탄을 사용하는 것은 스트레스를 감당할 수 있는 훨씬 더 큰 구조물을 필요로 한다.그 두 요구 사이에는 절충이 있다.

소량의 반물질을 임계 이하의 연료 덩어리(일반적으로 플루토늄 또는 우라늄)에 주입함으로써 연료의 핵분열을 강제할 수 있다.반양성자는 전자와 마찬가지로 음전하를 가지고 있으며 양전하를 띤 원자핵에 의해 비슷한 방식으로 포착될 수 있다.그러나 초기 구성은 안정적이지 않고 감마선으로 에너지를 방사한다.그 결과, 반양성자는 쿼크가 상호작용할 수 있을 때까지 핵에 점점 더 가까이 이동하며, 그 시점에서 반양성자와 양성자가 모두 소멸됩니다.이 반응은 엄청난 양의 에너지를 방출하는데, 그 중 일부는 감마선으로 방출되고 일부는 핵으로 전달되어 핵이 분열되는(분열 반응) 원인이 된다.그 결과 발생하는 중성자 비 때문에 주변 연료가 급속 핵분열이나 핵융합까지 겪게 될 수 있다.

장치 크기의 하한은 반양성자 취급 문제 및 폭발을 억제하고 유도하는 데 사용되는 구조와 같은 핵분열 반응 요건에 의해 결정된다.따라서 대량의 핵폭발물을 필요로 하는 프로젝트 오리온형 추진장치나 막대한 양의 반물질을 필요로 하는 다양한 반물질 추진장치와 달리 반물질 촉매 핵펄스 추진은 본질적인 [3]이점이 있다.

반물질 촉매 열핵폭발물리 패키지의 개념적 설계는 기존의 텔러-울람 열핵폭발에서 보통 발화에 필요한 플루토늄의 1차 질량을 1마이크로그램의 반수소 물질로 대체한 것이다.이 이론설계에서 반물질은 헬륨냉각되어 직경의 10분의 1mm 크기의 펠릿 형태로 디바이스의 중심에서 자기부상된다.이것은 층케이크/[4][5]슬로이카 설계에서의 1차 핵분열 노심과 유사한 위치이다.반물질은 원하는 폭발 순간까지 일반 물질과 떨어져 있어야 하므로 중심 펠릿은 열핵연료 100g의 주변 중공구로부터 격리되어야 한다.고폭발렌즈에 의한 내폭압축 중 및 그 후에 융접연료가 항수소와 접촉한다.페닝 함정이 파괴된 직후에 시작되는 소멸 반응은 열핵 연료에서 핵융합을 시작하기 위한 에너지를 제공하는 것이다.선택한 압축도가 높으면 폭발·추진효과가 큰 장치를 얻을 수 있고, 낮으면 연료가 고밀도가 아니므로 상당수의 중성자가 빠져나가 중성자 폭탄이 형성된다.두 경우 모두 전자기 펄스 효과와 방사성 낙진은 기존 핵분열 또는 동일한 수율의 텔러-울람 장치보다 상당히 낮다(약 1kt).[6]

열핵 장치에 필요한 양

2005년 한 번의 열핵폭발을 일으키는 데 필요한 항프로톤 수는 10으로18 계산되었으며, 이는 마이크로그램의 [7]항수소량을 의미한다.

우주선의 성능 튜닝도 가능하다.로켓 효율은 사용된 작업 질량(이 경우 핵연료)의 질량과 강하게 관련된다.주어진 핵융합 연료 질량에 의해 방출되는 에너지는 핵분열 연료의 같은 질량에 의해 방출되는 에너지보다 몇 배 더 크다.승무원 행성간 임무와 같이 단기간 높은 추력을 필요로 하는 임무의 경우, 필요한 연료 요소의 수를 감소시키기 때문에 순수한 미세 분비가 선호될 수 있다.외부 행성 탐사선과 같이 효율이 더 길지만 추력이 더 낮은 임무의 경우, 총 연료량을 감소시키기 때문에 미세분열과 핵융합 조합을 선호할 수 있다.

조사.

이 개념은 1992년 이전에 펜실베니아 주립대학에서 발명되었다.그 이후 여러 그룹이 [8]실험실에서 반물질 촉매 미세 핵분열/융합 엔진을 연구했다.Lawrence Livermore National Laboratory에서 이미 [9]2004년에 반양성자 핵융합에 대한 연구가 수행되었습니다.관성구속융합(ICF)을 위한 기존 드라이버의 큰 질량, 복잡성 및 재순환 파워와 대조적으로, 반양성자 소멸은 90 MJ/µg의 특정 에너지를 제공하여 에너지 패키징 및 전달의 고유한 형태를 제공합니다.원칙적으로, 반양성자 드라이버는 ICF에 의한 첨단 우주 추진에 시스템 질량을 크게 줄일 수 있다.

안티프로톤 구동 ICF는 추측적 개념이며, 안티프로톤과 필요한 주입 정밀도를 시간적 및 공간적으로 처리하는 것은 상당한 기술적 문제를 야기할 것이다.저에너지 안티프로톤, 특히 반수소 형태의 저장과 조작은 초기 단계의 과학이며, 그러한 애플리케이션을 위한 심각한 R&D 프로그램을 시작하려면 현재의 공급 방법보다 반양성자 생산의 대규모 확대가 필요할 것이다.

2011년 CERN 시설에서 수행된 1000초가 조금 넘는 반물질 저장소의 기록은 그 당시에 달성 가능한 [10]밀리초 단위의 타임스케일에서 비약적으로 비약적인 발전을 이루었습니다.

1년 동안 전 세계적으로 생산된 항프로톤은 나노그램 수준이다.펜 주립 대학의 물질 방지 트랩(마크 1 버전)은 약 168시간 동안 100억 개의 저장 용량을 가지고 있습니다.프로젝트 이카루스는 항프로톤 1mg의 잠재적 생산비용을 1000억달러로 [11]추산했다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Kircher, Scott. "fissionfusion". ffden-2.phys.uaf.edu (University Alaska Fairbanks). Retrieved July 2, 2021.
  2. ^ "catalysis noun". www.merriam-webster.com (Merriam-Webster). Retrieved July 2, 2021.
  3. ^ Kircher. "Antimatter: Fission/Fusion Drive". Retrieved October 8, 2012.
  4. ^ David Olson, Pat Lee (June 3, 2010). "Nuclear Fusion. Chemical Explanation". Page 11.
  5. ^ "Types of Nuclear Weapons". The Nuclear Weapon Archive. 1.5.3 The Alarm Clock/Sloika (Layer Cake) Design.
  6. ^ Andre Gsponer, Jean-Pierre Hurni. "Antimatter weapons". Centre Universitaire d'Informatique. Université de Genève. Figure 2: Antimatter triggered hydrogne bomb.
  7. ^ Gsponer, Andre; Hurni, Jean-Pierre (2005). "Antimatter induced fusion and thermonuclear explosions". arXiv:physics/0507125.
  8. ^ "Antiproton-Catalyzed Microfission/Fusion Propulsion Systems For Exploration Of The Outer Solar System And Beyond" (PDF). Archived from the original (PDF) on August 24, 2012. Retrieved October 8, 2012.
  9. ^ Perkins; Orth; Tabak (2004). "On the utility of antiprotons as drivers for inertial confinement fusion" (PDF). Nuclear Fusion. 44 (10): 1097. Bibcode:2004NucFu..44.1097P. doi:10.1088/0029-5515/44/10/004. OSTI 15013833. Retrieved August 1, 2018.
  10. ^ Alpha Collaboration; Andresen, G. B.; Ashkezari, M. D.; Baquero-Ruiz, M.; Bertsche, W.; Bowe, P. D.; Butler, E.; Cesar, C. L.; Charlton, M.; Deller, A.; Eriksson, S.; Fajans, J.; Friesen, T.; Fujiwara, M. C.; Gill, D. R.; Gutierrez, A.; Hangst, J. S.; Hardy, W. N.; Hayano, R. S.; Hayden, M. E.; Humphries, A. J.; Hydomako, R.; Jonsell, S.; Kemp, S. L.; Kurchaninov, L.; Madsen, N.; Menary, S.; Nolan, P.; Olchanski, K.; et al. (2011). "Confinement of antihydrogen for 1,000 seconds". Nature Physics. 7 (7): 558–564. arXiv:1104.4982. Bibcode:2011NatPh...7..558A. doi:10.1038/nphys2025. S2CID 17151882.
  11. ^ Obousy, Richard K. "Project Icarus: Antimatter Catalyzed Fusion Propulsion For Interstellar Missions Part 3. Antimatter Catalyzed Fusion Propulsion For Interstellar Missions" (PDF). www.icarusinterstellar.org (Icarus Interstellar Inc.). p. 12. Archived from the original (PDF) on December 21, 2018. Retrieved July 2, 2021.

외부 링크