Fotoni moottori

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 14. heinäkuuta 2021 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 7 muokkausta .

Fotonimoottori  - hypoteettinen rakettimoottori , jossa energianlähde on valoa säteilevä kappale . Fotonilla on impulssi , ja vastaavasti, kun se virtaa ulos moottorista , valo muodostaa suihkun työntövoiman . Teoriassa fotonimoottori voi kehittää suihkumoottorille suurimman mahdollisen työntövoiman avaruusaluksen kulutetun massan suhteen, jolloin voit saavuttaa lähellä valonnopeutta , mutta tällaisten moottoreiden käytännön kehitys on ilmeisesti asia. kaukaisesta tulevaisuudesta.

Hävitysfotonimoottori

Yleisimmin keskusteltu ja viitattu idea tieteiskirjallisuudessa on ajatus sellaisen moottorin rakentamisesta antimateriaa käyttäen . Harrastajat uskovat, että aineen ja antiaineen vuorovaikutus mahdollistaa lähes kaiken reaktioihin osallistuvan massan muuntamisen säteilyksi .

Fotoniraketille , jolla on pakokaasun nopeus, Tsiolkovsky-kaava on muotoa:

Fotoniraketin nopeus lasketaan kaavalla:


On kuitenkin huomattava, että kirjallisuudessa yleinen formulaatio " gamma-kvantit vapautuvat tuhoamisen aikana" on periaatteessa fyysisesti virheellinen. Gammasäteet säteilevät suoraan vain elektroni-positroniannihilaatiossa [ 1] . Lepäävän (ei-relativistisen) protoni-antiprotoni-parin tuhoutuessa tapahtuu monimutkainen ketjureaktio: muodostuu (usein) hadroninen mesoatomi , jonka elinikä on noin 10–27 sekuntia , sitten tämän atomin hajoaminen ( itse tuhoutuminen ) muodostamalla pionikompleksi, joka koostuu 2-12 (keskimäärin 5-7) neutraalista (1/3) ja varautuneesta (2/3) pi-mesonista (pionista), sitten noin 10 - 17 sekuntia, neutraalit pionit hajoavat vapauttamalla gamma-kvantteja, joiden energiahuippu on noin 70 MeV:n spektrissä, kun taas varautuneet pionit, joiden elinikä on paljon pidempi, jopa ~1,5 × 10 -4 sekuntia, poistetaan lähes valonnopeudet reaktioalueelta (tyhjiössä ja harvinaisissa aineissa, esim. grafiitissa  - noin 0,1-0,2 m) ja sitten hajoavat muonien muodostuessa, jotka puolestaan ​​hajoavat (pääasiassa 99,998 %, hajoamiskanava) neutriinoiksi ja elektroneiksi .

Siten antiaineen - eli antiprotoneista ja positroneista koostuvan aineen - tuhoamisen aikana  noin 1/3 energiasta vapautuu kovan gammasäteilyn muodossa fotonienergialla 511 keV (positroni-elektroni- annihilaatiosta ) . ja 70 MeV neutraalien pionien hajoamisesta, ~ 1/3 energiasta on varautuneiden hiukkasten muodossa, joiden kantama on riittävän pitkä, ja ~ 1/3 on neutriinojen muodossa , eli se katoaa peruuttamattomasti . Ja "todellisen" antimatter-rakettimoottorin pitäisi näyttää enemmän magneettiselta ansalta varautuneille hiukkasille, ei eräänlaiselta "peililtä".

Näin pienellä massan tuotolla, noin 23 % [2] , fotonimoottorin toiminnasta tulee vähemmän kannattavaa. Sen tehokkuuden lisääminen merkittävästi mahdollistaa ulkoisten resurssien käytön . Suoravirtausfotonimoottori ja magneettiloukut , jotka keräävät vetyä ja heliumia, jotka ovat hajallaan tähtienvälisessä väliaineessa , mahdollistavat työaineen varastojen merkittävän pienentämisen. Valitettavasti antiaineen määrä tähtienvälisessä väliaineessa on hyvin pieni - luokkaa yksi antivety- tai antiheliumatomi 5 × 10 6 tavallisen vetyatomia kohti, mikä tekee mahdottomaksi käyttää tätä ulkoista resurssia. Siksi ongelma suuren antimateriaalimassan saamiseksi ja sen säilyttämiseksi aluksella on edelleen tärkeä suoravirtausfotonimoottorille. [3]

Tekniset ongelmat

Ajatus fotonisesta suihkumoottorista on nykytilassaan hyvin kaukana teknisestä toteutuksesta. Se sisältää monia ongelmia, joita ei voida ratkaista edes teoreettisesti nyt. Se:

  1. Ongelma saada suuri määrä antimateriaa .
  2. säilytysongelma.
  3. Täydellisen käytön ongelma "palamisen" aikana on tuhoaminen kokonaan, ja pääasiassa juuri fotonien vapautuessa .
  4. Ongelma sellaisen "peilin" luomisessa, joka pystyy heijastamaan erittäin hyvin gammasäteilyä ja muita tuhoutumistuotteita.

Fotonimoottori magneettisilla monopoleilla

Jos jotkin Grand Unified Teorioiden muunnelmat ovat päteviä , kuten 't Hooft-Polyakov -malli , niin on mahdollista rakentaa fotonimoottori, joka ei käytä antimateriaalia, koska magneettinen monopoli voi hypoteettisesti katalysoida protonin hajoamista [4 ] [5 ] positroniin ja π 0 -mesoniin :

π 0 hajoaa nopeasti 2 fotoniksi ja positroni tuhoutuu elektronin kanssa, minkä seurauksena vetyatomi muuttuu 4 fotoniksi ja vain peiliongelma jää ratkaisematta.

Samaan aikaan magneettiset monopolit puuttuvat useimmista nykyaikaisista Suuren yhdistymisen teorioista, mikä kyseenalaistaa tämän houkuttelevan idean.

Maininnat tieteiskirjallisuudessa

Fotonikäyttö todellisuudessa

Yhden hypoteesin mukaan Pioneer-10- ja Pioneer-11-avaruusalusten poikkeava kiihtyvyys johtuu avaruusaluksen lämpösäteilyn anisotropiasta . Jos näin on, niin fotonimoottorin kaltainen efekti korjataan tällä tavalla. Samoin määritettäessä Maan gravitaatiokentän parametreja geofyysisten LAGEOS -satelliittien lentoratojen perusteella laskelmiin otetaan mukaan auringonvalon paine ( aurinkopurje ) ja satelliittien lämpösäteilyn anisotropia.

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ Jos heikkoa vuorovaikutusta ei oteta huomioon. Kun se otetaan huomioon, ei ole vain gamma-kvantteja. Muonit ja tau voivat myös tuhoutua suoraan gammasäteiksi .
  2. ↑ V. Burdakov, Yu. Danilov - Tulevaisuuden raketteja. - M.: Atomizdat , 1980. s. 138.
  3. ↑ V. Burdakov, Yu. Danilov - Tulevaisuuden raketteja. - M.: Atomizdat , 1980. s. 137-145.
  4. ↑ Curtis G. Callan, Jr. Dyon-fermion dynamics  (englanniksi)  // Phys. Rev. D  : päiväkirja. - 1982. - Voi. 26 , nro. 8 . - P. 2058-2068 . - doi : 10.1103/PhysRevD.26.2058 .
  5. ↑ BV Sreekantan. Etsii protonin hajoamista ja superraskaita magneettisia monopoleja  //  Journal of Astrophysics and Astronomy : päiväkirja. - 1984. - Voi. 5 . - s. 251-271 . - doi : 10.1007/BF02714542 . - . Arkistoitu alkuperäisestä 24. syyskuuta 2015.
  6. ↑ I. A. Efremov "The Andromeda Nebula" Arkistokopio päivätty 23. maaliskuuta 2012 Wayback Machinessa .

Linkit