Ученые приблизились к решению проблемы межпланетного сообщения

Межпланетное сообщение? Фантастика, скажете вы, и будете правы — до тех пор, пока нет надежного, простого и энергоемкого топлива для космических кораблей, такого как, например, керосин для авиации. Но уже есть идеи. Одну из них озвучили учёные из Университета Иллинойса. Группа под руководством профессора Джорджа Майли предлагает усовершенствовать термоядерный реактор с инерционно-электростатическим удержанием плазмы, отличительной особенностью которого является отказ от высоких температур. В недавнем номере журнала Nuclear Technology ученые oбосновали применимость такого реактора как источника энергии межпланетных космических кораблей и, может быть, в будущем реализация именно их идей произведет революцию в космонавтике.

Способ инерционно-электростатического удержания (ИЭУ) плазмы для термоядерного синтеза впервые предложил Ф.Т. Фарнсворт в 1953-м году. В классическом подходе к термоядерному синтезу плазму разогревают до десятков миллионов градусов Цельсия. Только при такой температуре положительно заряженные ионы плазмы разгоняются до скоростей, при которых, сталкиваясь, они могут вступить в термоядерную реакцию. Разумеется, такой подход требует очень высоких энергозатрат и дорогостоящего оборудования. В условиях же ИЭУ (их существует несколько разновидностей, не путать с "холодным термоядом") необходимых скоростей достигают за счет ускорения положительно заряженных ионов в симметричном электрическом поле.

Например, можно расположить на одной линии анод, катод и еще один анод. Тогда, если ускорять ионы, то от обоих анодов они будут с высокой скоростью слетаться к катоду. Если катод сделать не сплошным, а в виде тонкой сетки с крупными отверстиями, то ионы будут сталкиваться не с ним, а друг с другом и вступать в термоядерную реакцию. На практике обычно применяют другое расположение электродов — две сферических сетки с общим центром, внешняя из которых анод, а внутренняя катод. В этом случае ионы, ускоряясь от внешней сетки к внутренней, сталкиваются в центре системы. Те ионы, которые не столкнулись, пролетают дальше и по инерции летят к аноду. В полете они замедляются и под действием притяжения отрицательно заряженного электрода снова начинают движение в центр. То есть совершают что-то вроде колебательного движения вокруг центра, где происходит термоядерная реакция. Собственно, именно в этом и состоит удержание ионов.

Однако выявилось одно "но": вероятность столкновения ионов весьма мала, и далеко не каждое столкновение приводит к реакции. Кроме того, ионы не всегда могут миновать катод, и падают на него, необратимо уходя из системы. То есть происходит серьезная утечка топлива. Потребовалось немало лет и усовершенствований, чтобы приблизить метод ИЭУ к энергетическому порогу. Так в термоядерной энергетике называют условия, когда энергия реакции начинает превышать энергозатраты.

Одно из таких усовершенствований и предлагает группа профессора Майли — специальная конфигурация из каскада анодов и катодов, позволяет полностью отказаться от внутреннего электрода в виде решетки. Такие условия гарантируют, что ионы не будут расходоваться на удары о катод. Кроме этого, учёные добавили в конструкцию сочетание магнитных и электрических полей для эффективного удержания ионов внутри зоны термоядерной реакции. В результате, удалось добиться очень солидной экономии топлива и увеличить время удержания ионов. А чем дольше удерживаются ионы, тем больше вероятность протекания реакции и тем ближе энергетический порог.

Исследователи считают, что их идея перспективна для создания в будущем источника энергии межпланетных космических кораблей. Действительно, реакторы с ИЭУ признаны привлекательными для космической техники, так как они просты и немного весят. Однако дальше применения в качестве генератора нейтронов низких энергий дело пока не идёт: мощность генератора низка из-за потерь топлива. Разработка ученых из Иллинойса лишена этих недостатков.

Кроме того, в их реакторе можно проводить безнейтронные ядерные реакции, например дейтерия с легким изотопом гелия — гелием-3. В результате таких реакций в основном образуются частицы с положительным зарядом (протоны или альфа-частицы). Реактор в таком случае можно использовать как источник энергии для ионных ракетных двигателей. Действительно, ионные двигатели создают тягу за счет выброса из сопла разогнанных до высоких скоростей ионов. В данном случае, генератором таких ионов будет термоядерная реакция.

В заключение необходимо отметить, что существует ряд физических и технических проблем, которые американские ученые должны решить, чтобы осуществить свою идею. Если это произойдет, то через некоторое время мы можем стать свидетелями создания совершенно новых космических кораблей. Об этом сообщает агентство "Информнаука".

Рейтинг публикации:

20

Комментарии (0) | Распечатать

Добавить новость в: