Фотонно -плазмовий ракетний двигун

Фотонно-плазмовий ракетний двигун, що складається з системи живлення, системи керування, системи запалення, бака з рідким літієм, магнітної котушки іонізації плазми, магнітної котушки підігріву плазми, магнітного сопла, зонда Маха, зонда Ленгмюра, вимірювачів тиску в соплі і в системі подачі робочої рідини, а також вакуумної камери і термопар, який відрізняється тим, що введені лазерні капкани, в яких утримується антиводень і дейтерій (баки), лазерні прискорювачі, які розганяють антиводень і дейтерій до енергії 2-ох ГеВ, для більш ефективної взаємодії антиводню і дейтерію при їх взаємодії виділяється два гамма 3 53630 потрібно навчитись зберігати велику кількість антиречовини. В типових пастках можна втримати лише мільйони нейтральних атомів. В 2003 році на конференції NASA Стівен Хоув і Джеральд Джексон запропонували зберігати антиводень у вигляді твердих кульок (антиводень, як і водень, замерзає при 14 градусах по Кельвіну) діаметром 150 мм, які можна було би наелектризувати і підвісити в системі електростатичних пасток. Поставлене завдання вирішується в фотонноплазмовому ракетному двигуні, який складається з анігіляційного реактора 10 (рисі), в якому під час взаємодії антиводню 8 і дитерію 9 виділяється два гамма-кванти з енергією 0, 93 ГеВ. Гамма-кванти іонізують літій 4, який подається, як робоче тіло для охолодження анігіляційного реактора. При енергії 0,93 ГеВ гамма-квантів спостерігаються наступні ефекти при взаємодії гамма-квантів з стінками вольфрамового відбивача анігіляційного реактора утворюються пари позитронів і електронів. Переріз їх утворення дорівнює бар , s np ep 460 де nр - переріз народження пари в полі ядра, ер - переріз пар, які утворюються в полі атомних електронів. Зменшення інтенсивності І(х) монохроматичного колінірованого пучка гамма-квантів не дуже товстим шаром однорідної речовини проходить експоненціально: x 0 en x 0 e x, де n - концентрація атомів поглинача. Величину (вона виражається в см-1 ) називають лінійним коефіцієнтом поглинання. I(0) - початкова кількість гамма-квантів. Далі іонізований літій подається в зону 17. Де за допомогою температури стінок реактора 5, який побудований з вольфраму та за допомогою електромагнітів 11, 12, 13 збільшується температура плазми. Центральний відсік 12 діє, як підсилювач для подальшого розігріву плазми. Останній відсік представляє собою магнітне сопло, яке перетворює енергію плазми в направлений потік. Плазма, яка утворилася розігрівається електромагнітним полем в центральній камері 12 за допомогою іоноциклотронного - резонансного нагріву. В ході цього процесу електромагнітні хвилі передають свою енергію плазмі, нагріваючи її. В прискорювальній зоні в постійному магнітному полі зарядженні частинки рухаються по спіралі вісь яких направлена вздовж магнітного поля. В площині, перпендикулярній Н , рух є періодичним з частотою 0 . Ця частота визначається, як 4 __ V де __ Vm 0 2 q . mi З цією ж частотою повертається і вектор швидкості. Коли при цьому частинка знаходиться в однорідному електричному полі з частотою , то енергія, що поглинається нею також є періодичною по часу з частотою - 0. Середня енергія різко зростає при 0 . Швидкість іона літію в електромагнітному полі визначається за формулою 0 2 qR mi __ 2 q i Ve 1 2 mi i, 1 2 x2 x1 , 0 2 0 ___ - поверхнева щільність заряду, швидкість іона літію, V R - кутова - відносна діелектрична проникність середовища, 0 8,85 10 12 м - еле ктрична стала в СІ. Електричне поле, яке створює N заряджених частинок дорівнює 1 4 0 i 1 q ri2 __ ri ri . Після нагрівання плазма направляється магнітним полем в останній відсік 13 для створення модульованої тяги. Останній відсік це магнітне сопло, яке перетворює плазму в швидкість витоку струменю, який забеспечує при цьому захист конструкції і ефективний вихід плазми із магнітного сопла. Ключовим моментом в технології є можливість змінювати, або модулювати витік плазми для підтримки оптимальної рухомої ефективності. Працює фотонно-плазмовий двигун так. У анігіляційний реактор 10 подається антиречовина (антиводень) і речовина (дейтерій). Вони взаємодіють між собою і виділяють гамма-кванти і пімезони. Гамма-кванти і пі-мезони вилітають через магнітне сопло і вакуумну камеру 6 і складають разом з іонами літію тягову силу фотонноплазмового ракетного двигуна. В лазерних пастках 8 зберігається (антиводень), а в пастках (баках) 9 зберігається дейтерій. Лазерні прискорювачі 7 [4] розганяють антиводень і дейтерій до швидкості 2 ГеВ для взаємодії в реакторі. Ці гамма-кванти і пімезони взаємодіють з вольфрамовим відбивачем 5 декілька разів і вилітають в магнітне сопло 6, створюючи реактивну тягу двигуна. Для більш ефективного використання енергії випромінювання і теплової енергії, яка виникає при взаємодії гамма-квантів і вольфрамового відбивача пропускається робоче тіло- рідкий літій, який підігрівається термоелектричнисми нагрівачами 18 до 300 градусів по Цельсію в баку 4 і подається в блоки 11, 12,13 для іонізації і розгону плазми. Яка разом з фотонами створює робочу тягу реактивного двигуна. Тоді робочу тягу, яку буде мати двигун запишемо у вигляді Gi Vi __ 0 __ __ V m V e . (рис.2), h Fs pi pa , 0 де Р- сила тяги ракетного двигуна Н, N - кількість фотонів шт., h - стала планка Дж , с 0 - довжина хвилі у вакуумі м, Gi - секундний масовий витік іонів літію пла кг , Vi - швидкість іонів літію на зрізі сос м , Fs - площа вихідного перерізу сопла м2, pi с q S 5 53630 – тиск іонів літію на зрізі сопла вколишнього м2 середовища 2 м , pа - тиск на (атмосферний тиск) ,. Зонд Маха 14 і зонд Ленгмюра 15, вимірювачі тиску в соплі і анігіляційному реакторі 16, термопари в третьому відсіку і в анігіляційному реакторі 20 регулють подачу рідкого літію в охолоджувальну систему 17 і роботу лазерних капканів і лазерних прискорювачів, які регулюють швидкість анігіляційного процесу в реакторі 10. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 6 Джерела інформації 1. Грэхем Коллинз "Получение холодного антивещества".// "В мире науки", 2005, №9. 2.http://kuasar.narod.ru/projects/vasimr/index.htm "Плазменный ракетный двигатель VASIMR". З. Далькаров О.Д., Карманов О.А. " Взаимодействие антипротонов низких энергий с ядрами". // ФЭЧАЯ, 1987, Т. 18, с.1399-1439. 4. http://www.inauka.ru /blogs/... /print.html. " Известие науки. - Технологии: ускоритель элементарных частиц на столе?". Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601