Nuklearni pulsni pogon kataliziran antimaterijom, nuklearni pulsni pogon kataliziran antiprotonom, ACMF: Antiproton-katalizirana mikrofisija-fuzija i AIM: Mikrofisija-fuzija pod utjecajem antimaterije su varijante nuklearnog pulsnog pogona temeljene na ubrizgavanju antitvari u masu nuklearnog goriva kako bi se pokrenula ili pojačala lančana nuklearna reakcija za pogon, posebno kada je gorivo subkritično.

Opis Tipični nuklearni pulsni pogon ima nedostatak što je minimalna veličina motora definirana minimalnom veličinom nuklearnih bombi koje se koriste za stvaranje potiska, što je funkcija količine kritične mase potrebne za pokretanje reakcije. Konvencionalni dizajn termonuklearne bombe sastoji se od dva dijela: primarnog, koji se gotovo uvijek temelji na plutoniju, i sekundarnog koji koristi fuzijsko gorivo, koje je obično deuterij u obliku litijevog deuterida i tricij (koji se stvara tijekom reakcije dok se litij pretvara u tricij). Postoji minimalna veličina primarnog (oko 10 kilograma za plutonij-239) kako bi se postigla kritična masa. Snažniji uređaji povećavaju se prvenstveno dodavanjem fuzijskog goriva za sekundarni sloj. Od ta dva, fuzijsko gorivo je puno jeftinije i ispušta puno manje radioaktivnih produkata, pa su s gledišta troškova i učinkovitosti veće bombe puno učinkovitije. Međutim, korištenje tako velikih bombi za pogon svemirskih letjelica zahtijeva puno veće strukture sposobne podnijeti naprezanje. Postoji kompromis između ta dva zahtjeva.

Ubrizgavanjem male količine antitvari u subkritičnu masu goriva (obično plutonija ili uranija) može se prisiliti fisija goriva. Antiproton ima negativni električni naboj, baš kao i elektron, i može ga na sličan način uhvatiti pozitivno nabijena atomska jezgra . Međutim, početna konfiguracija nije stabilna i zrači energiju kao gama zrake . Kao posljedica toga, antiproton se sve više približava jezgri dok njihovi kvarkovi ne mogu stupiti u interakciju, u kojem trenutku se i antiproton i proton anihiliraju. Ova reakcija oslobađa ogromnu količinu energije, od koje se dio oslobađa kao gama zrake, a dio se prenosi kao kinetička energija na jezgru, uzrokujući njezino cijepanje (reakcija fisije). Rezultirajući pljusak neutrona može uzrokovati brzu fisiju okolnog goriva ili čak nuklearnu fuziju.

Donja granica veličine uređaja određena je problemima rukovanja antiprotonima i zahtjevima fisijske reakcije, poput strukture koja se koristi za zadržavanje i usmjeravanje eksplozije. Kao takav, za razliku od pogonskog sustava tipa Projekta Orion, koji zahtijeva veliki broj nuklearnih eksplozivnih punjenja, ili raznih pogona na antimateriju, koji zahtijevaju nevjerojatno skupe količine antimaterije, nuklearni pulsni pogon kataliziran antimaterijom ima intrinzične prednosti.

Konceptualni dizajn paketa za termonuklearnu eksplozivnu fiziku kataliziranu antimaterijom je onaj u kojem se primarna masa plutonija, obično potrebna za paljenje u konvencionalnoj Teller-Ulamovoj termonuklearnoj eksploziji, zamjenjuje s jednim mikrogramom antivodika. U ovom teorijskom dizajnu, antimaterija se hladi helijem i magnetski levitira u središtu uređaja, u obliku kuglice promjera desetinke milimetra, položaj analogan primarnoj fisijskoj jezgri u dizajnu slojevitog kolača/ Sloika. Budući da antimaterija mora ostati podalje od obične materije do željenog trenutka eksplozije, središnja kuglica mora biti izolirana od okolne šuplje sfere od 100 grama termonuklearnog goriva. Tijekom i nakon implozivne kompresije visokoeksplozivnim lećama, fuzijsko gorivo dolazi u kontakt s antivodikom. Reakcije anihilacije, koje bi započele ubrzo nakon uništenja Penningove zamke, trebaju osigurati energiju za početak nuklearne fuzije u termonuklearnom gorivu. Ako je odabrani stupanj kompresije visok, dobiva se uređaj s povećanim eksplozivnim/propulzivnim učincima, a ako je nizak, odnosno gorivo nije visoke gustoće, znatan broj neutrona će izaći iz uređaja i formirat će se neutronska bomba. U oba slučaja, elektromagnetski pulsni učinak i radioaktivne padaline znatno su niži od onih kod konvencionalnog fisijskog ili Teller-Ulamovog uređaja istog prinosa, približno 1 kt.

Količina potrebna za termonuklearni uređaj Broj antiprotona potrebnih za katalizu (pojačanje) i inicijaciju (okidanje) nije isti. Za pokretanje termonuklearne eksplozije, količina je izračunata 2005. godine na 1018, što znači 1,67 mikrograma antivodika.

Također je moguće podešavanje performansi svemirske letjelice. Učinkovitost rakete snažno je povezana s masom korištene radne mase, što je u ovom slučaju nuklearno gorivo. Energija koju oslobađa određena masa fuzijskog goriva nekoliko je puta veća od one koju oslobađa ista masa fisijskog goriva. Za misije koje zahtijevaju kratka razdoblja visokog potiska, poput međuplanetarnih misija s posadom, čista mikrofisija mogla bi biti poželjnija jer smanjuje broj potrebnih gorivnih elemenata. Za misije s duljim razdobljima veće učinkovitosti, ali s nižim potiskom, poput sondi za vanjske planete, kombinacija mikrofisije i fuzije mogla bi biti poželjnija jer bi smanjila ukupnu masu goriva.

Istraživanje Koncept je izumljen na Državnom sveučilištu Pennsylvania prije 1992. Od tada je nekoliko skupina u laboratoriju proučavalo mikro fisijske/fuzijske motore katalizirane antimaterijom. Rad na fuziji iniciranoj antiprotonima proveden je u Nacionalnom laboratoriju Lawrence Livermore još 2004. Za razliku od velike mase, složenosti i recirkulacijske snage konvencionalnih pokretača za inercijsko ograničenu fuziju (ICF), anihilacija antiprotona nudi specifičnu energiju od 90 MJ/μg i stoga jedinstveni oblik pakiranja i isporuke energije. U principu, antiprotonski pogonski sklopovi mogli bi omogućiti značajno smanjenje mase sustava za napredni svemirski pogon pomoću ICF-a.

ICF vođen antiprotonima je spekulativni koncept, a rukovanje antiprotonima i njihova potrebna preciznost ubrizgavanja - vremenski i prostorno - predstavljat će značajne tehničke izazove. Pohranjivanje i manipulacija niskoenergetskim antiprotonima, posebno u obliku antivodika, znanost je u povojima, a za pokretanje ozbiljnog programa istraživanja i razvoja za takve primjene bilo bi potrebno veliko povećanje proizvodnje antiprotona u odnosu na trenutne metode opskrbe.

Rekord za skladištenje antimaterije od nešto više od 1000 sekundi, izvedeno u CERN -u tijekom 2011. godine, u to je vrijeme bio monumentalni skok u odnosu na milisekundne vremenske skale koje su prije bile ostvarive. Nedavno su antiprotoni pohranjeni 614 dana između 2023. i 2025. godine, također u CERN-u.

Ukupna svjetska proizvodnja antiprotona u razdoblju od godinu dana kreće se u rasponu od nanograma. Zamka za antimateriju (verzija Mark 1) na Sveučilištu Penn State ima kapacitet za pohranu 10 milijardi tijekom razdoblja od približno 168 sati. Projekt Icarus procijenio je potencijalni trošak proizvodnje 1 miligrama antiprotona na 100 milijardi dolara.

Kritike Tehnički se radi o reakciji 'pojačanoj' antiprotonom - a ne o "kataliziranoj" - jer se antimaterija koja se koristi za pokretanje svake reakcije troši. Iako se antičestice mogu ponovno proizvesti in situ i trenutno uništiti tijekom procesa, ako bi antimaterija doista bila prisutna kao katalizator, izvorne antičestice bi ostale nepromijenjene procesom, a njihovo daljnje postojanje utjecalo bi na daljnje reakcije. Ipak, tehnički nespretna, ali popularna nomenklatura i dalje postoji.

Povezani članci AIMStar ICAN-II Nuklearni pulsni pogon

Izvori

Vanjske poveznice Page discussing the possibility of using antimatter as a trigger for a thermonuclear explosion Paper discussing the number of antiprotons required to ignite a thermonuclear weapon.

Kategorija:Antitvar