Двигатель для межзвёздных перелётов

[alex_semenov]

А не проще ли заставить солнечную систему двигаться туда, куда нам надо? Вроде как и дома, вроде как и летим...

Считать всяких расчетов все равно много придется...
Думать..
Не сэкономите...
 

[alex_semenov]

Но вернемся к нашей печали...

Во-первых есть такие понятия как "гидропоника" и даже "аэропоника".

это не вкусно, как минимум а на масштабе тысяч лет может оказаться летальным
нынче модно делать деньги и жратву из воздуха, но этот опыт нам не пригодится

Да фиг с ним вкусно-невкусно! "Мне бы ваши проблемы, Марья Ивановна!"

Во-вторых. Я планирую по 300 тонн на человека массы города без радиационной защиты.

скальные породы - это уже радиационная защита.

А у меня эту роль выполняет топливо (и собственно изрядная часть силового каркаса корабля). Я использую массу все равно эффективней!
 

ага, вот этот момент я и выдал за зависимость теплового излучения от Z. слегка ошибся
но всё же факт остаётся фактом - засоряя взрыв инертной массой и тяжёлыми веществами мы повышаем долю высвечивания в ущерб кинетической энергии плазмы
от плутониев, боров и свинцов во взрыве избавиться бы да и построить такое кол-во структурированных бомб (число примерно с 6-12 нолями, в зависимости от параметров) не совсем понятно как.

В принципе не думаю что это составит большую проблему. При любой конструкции бомбы, тяжелые элементы останутся внутри. Внешняя оболочка будет составлять минимум половину массы заряда. Она будет иметь малый Z в любом случае. Значит и атомную массу. Значит и скорость (при максвелловском распределении). То есть у нас сразу же возникнет сепарация. Более быстрые материалы, находясь снаружи и быстрей улетят. А всякая тяжелая фигря рассосется из эпицентра в последнюю очередь.
Разумеется, это все умозрительно.
И тем не менее, я не вижу в тяжелых металлах особой проблемы, когда главная дырка для утечки энергии не в них.

можно было бы просто сталкивать урановые/плутониевые бруски на скорости несколько км/с в двигателе, если закрыть глаза на "плохие" параметры составляющих плазмы

Нет, такая штука не сработает. А если сработает то сгорит меньше 1% очень дорогого изотопа. Глупая расточительность.

а лучше всего получить плазму из альфа частиц одних с "недогоревшими" протонами и ядрами лития (70% у меня)

Да, лучше. И кстати в бомбе шансов поджечь ваш литий ядерным драйвером куда выше чем вашими внешними зажигалками и всеми вашими ухищрениями.
Еще. Если я возьму в качестве второй ступени ваш гидридлития да еще окружу все это нужным топливным бланкетом (бор или просто инертный литий), то я вполне мог бы добиться желаемых параметров плазмы. Они у меня, кстати, на порядок ниже чем у вас (>1Мм/с против ваших  >10 Мм/с)

я обратился к отчётам различных ядрёных испытаний за поисками истины. особенно экзоатмосферные заинтересовали. так вот там есть следующие стадии взрыва
1) prompt gamma импульс. происходит в момент самих ядерных реакций. есть подозрение, что он может взять и унести 10% энергии.
2) первый термальный пик. энергия рентгена этого пика до 100 кэв при известных ядерных испытаниях. выходит прямо изнутри плазмы.
3) рост файербола, внешний слой становится "холодной коркой", она "ломается" и происходит второй пик термального излучения

Хотя в начальной фазе свечения внутри сферы огромная температура, наблюдаемая снаружи температурная яркость невелика и лежит в пределах 10—17 тыс. К[лит 8] (С. 473, 474),[лит 1] (С. 24) из-за особенностей пропускания света нагретым ионизованным воздухом.

температура в ядре при этом - миллионы градусов

Идущий следом слой в 20—100 тыс. К поглощает и своё и внутреннее излучение, тем самым сдерживая и растягивая во времени его распространение. Пробег света ещё уменьшается с ростом плотности нагретой среды, а с уменьшением плотности увеличивается, приближаясь к бесонечности в условиях космоса. Этот эффект ответственен за необычность свечения вспышки в два импульса, большую продолжительность свечения, а также за образование ударной волны. Без него почти вся энергия взрыва быстро ушла бы в пространство в виде излучений, не успев как следует разогреть воздух вокруг остатков бомбы и создать сильную ударную волну, что и происходит при высотном взрыве[лит 2] (С. 84).

Ага. Спасибо. То есть наши догадки становятся по сути серьезными гипотезами...
Вот я нашел подходящую картинку:



http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nuclear_Fireball_Radius_and_Temperature.png

Второй пик явно выражен. При этом наблюдается он уже где-то при диаметре шара аж 300 метров. И время как раз то что я рассчитывал.
Гм...
Это обнадеживает. Хотя сразу ясно, что умствованиями мы тут мало, что сможем определить.
Гм... Здесь есть и температура и время.
Может привязаться к ней и посчитать что бы было если бы...
Гм...

[alex_semenov]

интересная ситуация получается
опять - зажатие параметров в тиски!
точнее тут - вилка-развилка

Оно всегда так получается, если за задачу взяться по-взрослому, двумя руками...

с одной стороны хочется обеспечить "холодную корку" плазме на начальном этапе расширения, чтобы сохранить "горячее ядро" для магнитного сопла
в этом случае можно многократно накрывать зяряд бланкетами, оболочками из свинца, бора иль урана-238

Холодная кора, насколько я понимаю обеспечивается быстрым остыванием сверхгорячего файр-бола и масса материала там мало влияет. Если снаружи сто тысяч а внутри миллион.
Думаю...
Надо считать.
Я во всяком случае собираюсь банкет делать из материалов с малым Z.

но мне такой путь видится тупиковым. много слишком инертной массы. скорость истечения на выходе едва ли дотянет до 1Мм/с, а "холодная корка" всё равно будет проломлена слишком рано - рентгеновское сияние поджарит зад.

К сожалению о динамике раздувания пузыря на первые 1/1000 секунды мы судить можем крайне смутно... Но из приведенной выше картинки видно что второй пик наступает уже после того что мне надо 300 метров это уже очень разряженная плазма.

можно пытаться уменьшать диаметр тора и повышать напряжённость магнитного поля, чтобы успевать начинать отбрасывать плазму раньше, чем придёт вторичный термальный пик.

Не получится. Я тут говорил в начале, но вы видимо пропустили. Я сам так думал, но умные люди на НК подсказали. Чтобы зеркало сработало вам нужна бесстолкновительная плазма. То есть очень разряженная. Такая как в токамаке. Чтобы длина свободного пробега частицы была значительно больше чем ларморовский радиус. Это что-то 1E+17 частиц на см3. Если у вас тонна материи  в фокусе то такая концентрация будет в сфере плазмы 100-300 м в диаметре. Вот только тогда магнитное поле сможет вытолкнуть ваши частицы и получить от них импульс. До тех пор плазма неуправляемы и расширяются как простая сфера или цилиндр или диск (в зависимости от формы подорванного заряда).
Хотим мы этого или нет нам надо пережить первую 1/1000 секунды после взрыва молясь чтобы тепловая корка держала энергию взрыва внутри дующегося файрбола.
Кстати, сфера скорей всего будет более устойчива чем любая другая форма.
Это еще один аргумент в пользу изотропного заряда.

с другой стороны - надо обеспечить как можно более быстрое и беспрепятственное расширение лёгкой и наиболее энергичной состявляющей, например альфа-частиц
решение получается принципиально противоположным - заряд должен быть чистым топливом из лёгких веществ,

Согласен. Но горе в том, что увеличение скорости истечения все равно мало влияет на процесс потери телпа. Что 1000 км/с что 10 000 км/с – все равно это СЛИШКОМ медленно по сравнению с остыванием плазмы.
Сфера ну очень медленно дуется, что ни говори.

а коэффициэнт сгорания - максимальным.

А у меня такой проблемы нет. В бомбе выгорает очень небольшая часть топлива.
Как вы считаете скорость истечения? Я прост v=корень(2E/m)/
Из этого и получаю что 1 Мт/т дает приемлемую скорость истечения (>1000 км/с)
Здесь полнота выгорания роли не играет.
Вот если бы я пытался получить 10 или 30 тысяч км/с вот тогда да...

остаётся только защититься от первичного гамма и последующего первичного термального рентгеновского пика. щитом-зеркалом тора, естественно. лично я готов смириться с потерей до четверти или даже трети энергии на это главное - чтобы щит выдержал

Да я тоже уже теперь посчитал бы 75%  энергии в плазме – подарком небес.
"Мы все-таки умнеем год от года" (с) В.Высоцкий.

Но теперь нагрузка на щит возрастает. Раньше я считал 20% слишком большой нагрузкой. Надеялся на 10% потерь. А теперь с 25-35% что делать?
Эту энергию "в лоб" уже не примешь и не рассеешь (как я собирался). Нужно часть отражать. Но как оценить?
Для разного рентгена будет разный угол падения. 10-20 для мягкого даст почти полное отражение, как утверждают. И я готов поставить экран под углом 18 градусов. Но жесткий рентген, гамму и нейтроны придется принять "в лоб" и их энергию рассеивать.
Надо иметь спектральную картинку.

PS лично мне беседа становится действительно интересней.
потому что мы перешли от "футурологий" к технологиям

Да, но народ заскучал же...

и ещё - в итоге КПД действительно будет как у паровоза

Для другого своего проекта ("Одуванчик") где используется совсем другие принцип привода (лазерный парус) я оценивал общий КПД системы в 10%.
Здесь вряд ли можно будет в итоге получить больше.
Повышение потерь энергии меня беспокоит не столько по причине снижения КПД сколько по причине того, что это удлиняет время разгона (а в моем случае это критично) и утяжеляет конструкцию до ее нереализуемости.

[alex_semenov]

Здесь мы летим на термоядерных бомбах.  Полет на лазерном зажигании ---- в соседней палате......

Вы не правы.
Тема посвящена кораблям поколений вообще.
И это только я "строю" корабль поколений на термоядерных бомбах, взрыволет.
А хозяин темы использует УТС гидрида лития по схеме, напоминающей схему "Дедала".
Так что не будем спешить и кипятится.
Тем более здесь разница в схеме драйвера СЕЙЧАС не столь важна.
Общее в обеих подходах в том, что и то и то - термоядерный синтез с инерциальным удержанием. И там и там мы получаем на очень короткий промежуток времени очень плотную и очень нагретую плазму.
Только разным способом и в разном объем.
Насколько я понимаю, бомба дает 250кг-1 т плазмы в шаре ~1м сильно загрызенную тяжелыми металлами. Это минус моей схемы. Плюс - я не гонюсь за большим "коэффициентом выгорания" То есть процентом от первоначальной массы бомбы, который превратился в энергию невелик. То есть у меня масса заряда в основном состоит из негорючих материалов, которые становятся реактивной массой со скоростью ~ 1000 Км/с.
То есть у меня несколько более ХОЛОДНАЯ плазма.

Планы Höðr насколько я понимаю, более честолюбивые. Он хочет получить сокрость истечения в 10 раз большую, чем хочу я. То есть ему нужна энергия на единицу массы в 100 раз большая. А значит и больший коэффициент выгорания топлива. В итоге и температура плазменного шара  у него будет выше (хотя не намного 100^(1/4)~3.16). Плюс в его случае, что его плазменный шар получается лишенным тяжелых примесей. Он  вообще по идее должен быть меньше по диаметру и массе. Я пока не знаю это плюс его схемы (по сравнению с моей) или минус.

Метод поджога я оставляю на него совести.  К сути спора с Гансом это не относится. Как бы то ни было, проблема получается одна и та же. Что в одной схеме, что в другой. Катострафическая утечка энергии через излучение.
И спорить по поводу методов поджога и вообще возможности осуществления той или иной реакции в данном случае – уходить в сторону.

[alex_semenov]

Ганс, Höðr въехал в суть проблемы вы – нет пока.
Для начала достанем авторитетную статью из которой мы все черпаем.

http://www.tarusa.ru/~alik1/sgs/VOLUME10/NUMBER3/v10n3p5.pdf

*******

Прежде всего, рентгеновское излучение ядерного взрыва не является  монохроматическим, а занимает значительный диапазон электромагнитного спектра, причем характеристики этого диапазона определяются температурой. При взрыве первой атомной бомбы «Толстяк» температура достигала 6E+7 К.9 В таких условиях плотность энергии излучения, находящегося в равновесии с горячим веществом, будет значительно превышать плотность тепловой энергии вещества. Плотность энергии равновесного излучения с температурой Т определяется выражением: 10

U = 7.57E-15*T^4 эрг*см-3

При Т = 6E+7 К плотность энергии равна 9.8E+16 эрг*см-3, что значительно превышает
внутреннюю тепловую энергию вещества при той же температуре. Это подтверждается типичными значениями указанных величин при взрыве ядерного заряда:11

-Плотность энергии излучения – E+16 эрг*см-3.
-Плотность тепловой энергии вещества – E+14 ÷E+15 эрг*см-3.

Таким образом, сразу же после взрыва ядерного заряда образуется область, заполненная равновесным излучением с очень высокой температурой в десятки миллионов градусов
или даже больше. Дальнейшая судьба теплового излучения определяется распространением тепла через вещество в процессе нелинейной лучистой теплопроводности и с передачей кинетической энергии веществу в процессе гидродинамического движения.12 Не вдаваясь в детали этого сложного процесса, к тому же сильно зависящего от конструкции ядерного боеприпаса, можно привести грубую оценку температуры выходящего излучения, приравнивая энергию равновесного теплового излучения в сферическом объеме энергии теплового излучения взрыва (такую оценку можно обосновать тем, что в замкнутом объеме температура выравнивается достаточно быстро):

пи()*d^3*U/6 = εW

или

Т = 5.68E+7( εW/d^3)^ 0.25,

Здесь ε - доля энергии, оставшаяся у теплового излучения при выходе на поверхность разлетающегося вещества ядерного боеприпаса, W (Мт) – выделение энергии при взрыве, а d (м)- диаметр занятой излучением области в момент отрыва от вещества ядерного боеприпаса. При ε = 0.5, W = 1 и d = 3 можно получить, что Т = 2.1E+7 К, или около 1.9 кэВ. Эта оценка приблизительно соответствует приведенным параметрам номинального космического ядерного взрыва мощностью 1 Мт: «в импульсе теплового рентгеновского излучения продолжительностью около 1 мкс выделяется приблизительно 50% общей энергии взрыва, а большая часть излучения обладает температурой более 1 кэВ».13
Итак, температура рентгеновского излучения при мегатонном ядерном взрыве составит около 2 кэВ, а при понижении мощности взрыва она будет уменьшаться примерно как W^(1/4) (то есть, при W = 50 кт температура понизится примерно до 1 кэв).

********

Ганс, красным я пометил то, что я считаю убивающим идею. Синим – то, что может (только может) ее спасти.
Но в целом. Суть именно в тепловом излучении. Механика реакции тут уже никаким боком. Заметьте Ганс. Статья вся посвящена ядерным взрывам в КОСМОСЕ.
Дело в том, что масса материала, которую можно найти в сети, посвященного динамике ядерного взрыва, исследует воздушный взрыв и там тяжело отделить зерна от плевел. Так, огненный шар, о котором там часто идет речь, и поверхностную температуры которого обычно меряют - это шар воздуха, прилегающий к раскаленному плазменному шару заряда и поглощающий (по экспоненте) энергию ядра. Наружная температура этого шара будет куда ниже, разумеется. Но в вакууме все несколько хуже.

Нуну. Расскажите мне про потери на излучение протонами 18 МэВ-ными в вакууме. И чем Вы их в плазме удержите? Какая у них скорость?

Да ничего там эти протоны не удерживает. Но убегая они скорей всего столкнутся с другими атомами. В случае бомбы – так наверняка. И поделятся с ними своей энергией. Но это если бы у нас был очень горячий газ. В данном же случае динамика сложней. Там есть электронный газ который сталкиваясь с ионами отбирает у них энергию а потом тупо сливает через тормозное излучение, нарвавшись на поле ядра с большим Z.  Но это тормозное излучение – крохи. Я сказал, что его интенсивность зависит от Z^2 примесей и корень из температуры T (электронов, правда она будет выше чем температура ионов).
Но суть именно в корне. Если у вас одна утечка растет в 4-й степени а вторая в степени 1/2 от Т, то при Т в 7 порядков, какая утечка вас будет больше волновать?

Насколько я понимаю, вы вообще не признаете тепловое излучение свободно разлетающейся плазмы?
Давайте считать. Ваш протон в 18 МэВ. Какая у него скорость?
58 700 000 м/с
Прекрасно! И как далеко он улетит из зоны реакции за 10 нс? 
0.587м!!!
То есть если ваши протоны все дружно  улетают из области (скажем 10 см) то через 10 нс они окажутся как раз на расстоянии 1 м друг от друга. То есть в сфере 1 м диаметром. Через 10 нс сфера разрастется до 2 м в диаметре. Еще 10 нс и уже 3 м в диаметре.
Даже при самых выгодных для ваших протонов условиях они разлетаются СЛИШКОМ медленно.
А теперь учитывайте все минусы.
Выше сказано, что тепловая энергия внутри шара 1/10 от всей энергии. Остальная энергия  - свет. Допустим, вас это не колышит. Свет – это в бомбе. У вас же все чище и идеальной.
Допустим (хотя это бред).
Да, но ваши протоны  летят не наружу стройными рядами. Они движутся хаотично. Некоторые из них летят не от точки взрыва, а внутрь, другие по касательной. Только 1/3 летит туда куда надо. Они не сохранят свою энергию. Они будут ее сливать, обмениваясь с другими продуктами реакции.
И все это происходит в среде с температурой в десятки миллионов градусов.
Хотите вы этого или нет, но  по крайней мере 50% энергии реакции превратится в свет. И если вы хотите утилизировать больше 50% вас должен волновать вопрос как можно не выпустить этот свет за пределы сферы, пока та МЕ-Е-Е-Е-Е-Едленно расползается до плотности замагниченной плазмы у термоядерщиков.

[alex_semenov]

Данные испытаний термоядерного оружия за пределами атмосферы дают печальные результаты. Может быть дело в участии многих тонн инертных масс (там целая ракета ведь) "грязи"?? Может быть чистый термоядерный взрыв с относительно высоким коэффициэнтом выгорания даст меньше паразитного гамма и рентгена?

Я думаю как раз наоборот.
Во-первых перестаньте упоминать саму ракету. Она сбоку и все что она даст – красивый хвост, типа того, что даю всякие там растяжки и вышка на этих вот фотографиях.



Все это появляется гораздо позже того момента, который нас волнует (фактически нас волнует ситуация на первом снимке - все остальное уже неважно).

Во-вторых. Я уверен, что чем инертная масса внутри плазмы взрыва тут может играть положительную, а не отрицательную роль.
Да, тяжелые металлы за счет Z^2 создают тормозное излучение (о ктором много шума при обсуждении простого термояда в ИТЕР-бубликах). Но тормозное излучение растет от Т в степени 1/2 а тепловое в 4-й. То есть тепловое излучение с повышением температуры возрастает в 8 раз по сравнению с тормозным.
В разряженной плазме теплового излучения почти нет. Поэтому там так борются с тормозным излучением. Но в нашем случае снявши голову по волосам не плачут.
Вот  прикинет.
При Т в 7 порядков, разница между тормозным и тепловым излучение 7*8=56 порядков.
Допустим я переборщил. Но и 10 порядков уже достаточно чтобы про тормозное излучение не плакать на фоне теплового.

Почему я считаю что тупая (лишняя) масса в плазме будет играть положительную роль? Потому что она ОХЛАЖДАЕТ плазму. Температура падает, а значит в 4-й степени падает и улет энергии из плазмы. Если вы имеете в 10 раз меньшую температурв, то потеря через тепловой рентген у вас в 10000 раз НИЖЕ!

Почему я запаниковав, тут же списал и высокоимпуьсные аннигиляционные двигатели в мусор? (до любителей "Стартрека" горе вряд ли дойдет так быстро, если вообще дойдет)

У ракеты Фрисби  для скорости истечения плазмы в 0.3с нужно иметь зону реакции, куда более горячую, чем в моей бомбе и даже в вашей мишени. Значит там потери через T^4 вообще будут сумасшедшими. Подаваемый в зону аннигиляции водород унесет даже не 10% положенной ему энергии а, скажем 1%. И это при том, что только 1/3 энергии аннигиляции можно утилизировать (заряженные пионы).
Нет, на Марс (или на Плутон) используя анигиляционную грелку мы слетать сможем. Расходуя антиматерию по нанограммам на тонны ракетной массы. Но получить скорость истечения под 0.3с у нас термическим способом получить – почти безнадежно.

Кстати, интересно, а что разработчики проекта "Дедал" писал и у себя по этому поводу?

[alex_semenov]

мда... как видно, "чистотой" плазмы взрыва много не выиграть, только пик термального излучения станет жёстче и короче (капитан очевидность)
похоже, приговор взрыволётам всё-таки подписан и обжалованию уже не подлежит
пытаться ловить рентген парусами или хитрыми зеркалами - тоже фэйл

Вы как-то резко сдаетесь.

Тут нужно очень много еще думать и искать.
Хотя в вашем случае (и случае "Дедал", "Икар" и иже с ним) возможно вы и правы.
Нельзя получить термическим нагревом скорости истечения в 10 000 км/с и выше (в 100 000 км/с) с хорошим кпд (хотя бы 30%). Свет отбирает энергию.
Но где проходит граница возможностей для термической ракеты?

На ~10 км/с (ЖРД, ЯРД) термический нагрев работает прекрасно. Спору нет.
На ~100 км/с ( "Орион"), возможно ситуация тоже будет неплохой.
Но вот мы приблизились к ~1000 км/с
Вам этой скорости истечения мало. Мне – достаточно.
Но можно ли здесь еще побороться?
Гм...
Простой взрыв бомбы дает КПД процесса термического разгона рабочей массы 10% гарантировано. Это мало. Но можно ли поднять?

(обратите внимание. Я говорю не о кпд двигателя а именно процесса. КПД двигалеля однозначно будет ниже. Разлетающуюся плазму нужно переотразить. А это 0.5-0.65 в лучшем случае. То есть при 75% эффективности нагрева рабочего тела (скажем) общий кпд лучшего двигателя будет 0.75*0.65=0,4875. А в кинетическую энергию корабля вообще превратится ... 30%.
Все еще неплохо.
Но мечтать о 75% теперь...

Гм...
То есть я все еще цепляюсь за свою схему потому что, возможно, это может быть как раз предельно возможная термическая ракета. Все что быстрей – уже несбыточная мечта. Все что медленней – более-мение реализуемо. А вот что на границе?

[alex_semenov]

Почему я считаю что тупая (лишняя) масса в плазме будет играть положительную роль? Потому что она ОХЛАЖДАЕТ плазму. Температура падает, а значит в 4-й степени падает и улет энергии из плазмы. Если вы имеете в 10 раз меньшую температурв, то потеря через тепловой рентген у вас в 10000 раз НИЖЕ!

Не думаю, что здесь можно что-то весомое выиграть.

2) Думаю, "загрязнение" плазмы просто растянет длительность термального пика, сохранив долю потерь на излучение примерно такой же.

Гм... это надо как-то количественно обосновать!
Более холодная плазма, разумеется будет расползаться медленней. Но в нашем случае это не так уж и важно.
Смотрите. Я разбавил свой заряд. У меня в 100 раз меньше энергии на кг массы чем у вас.
Корень из 100 – 10. Мой плазменный шар расползается в 10 раз медленней вашего.
А температура?
Вообще говоря ее тут очень сложно считать. Если по Больцману то температура ЛИНЕЙНО зависит от энергии, U=(3/2)NkT. И значит у меня должна быть в 100 раз ниже температура. Значит и потери 100^4= 100 000 000  раз ниже.
Это моя логика.
Но у нас не тот случай. В плазменном шаре тепловая энергия 1/10 от всей. Остальное – фотонный газ (по сути). И собственно температура шара НЕ ЗАВИСИТ от ... массы плазмы (смотрите формулы по ссылке выше).
Она зависит от плотности энергии Дж/м3.
Корень 4-й степени от плотности.
У кого плотность выше?
С одной стороны у вас плотность получается больше чем у меня (в 100 раз!). У вас нет инертной массы в заряде (у вас одно горючее). Но с другой стороны у вас более легкие материалы.
Но давайте сравним. Допустим у меня бомба сфера 0.5м массой в 1 т. Это в 4 раза выше плотности воды. У вас допустим в 10 раз меньше плотность мишени чем у меня. Но и плотность энергии в ней у вас (при вашем запросе на скорость истечения) выше (в 100 раз). То есть в моем случае я могу расчитывать на плотность энергии в 10 раз меньше.
Тогда равновесная температура у меня в 10 000 ниже чем у вас.
То есть ваш случай, на мой взгляд гарантированно безнадежный.
Но вот мой...
Он пограничный.

1) Уменьшение скорости истечения до смешного. Увеличение массы дорогого топлива до хтонических масштабов (95% всей массы и более). При массе нагрузки в мегатонны и использовании в качестве топлива дорогих веществ и в виде структурированных порций звездолёт лихо выходит за рамки разумного.

Я думаю это АБЕРРАЦИЯ взгляда на проблему. Знаете, как у неофитов. Когда они рассматривают проект Форварда то видят там 4500 Тватт лазерной мощности, сравнивают ее с энергетикой Земли и свистят удивленно. Мол, не! Не потянем!
А когда они смотрят "Дедал", они  террават не видят. Они видят тысчяи тонн топлива. Тысячи тонн чего-то там - это нормально! (не миллионы же!) Хотя если это топливо спалить в двигателе буду те же терраваты. Даже большие. Да еще, эти терроватты надо добыть на "электростанции" с яичную скорлупу.

Бомбы в моем случае это детали конструкции (по сути) из которых собирается (и разбирается) гигантский бублик.

Иначе лететь десятки и сотни тысяч лет, вместо приемлемых пары тысяч. Лично я поставил предел итерации жизненного цикла звездолёта в 4-8 тысяч лет. Не думаю, что проживёт дольше. А ведь должен долететь за меньшее время. Не выходит.

В зависимости от того куда лететь.
Вы сразу целитесь на десятки световых лет, оставив в стороне звезды поближе. Я же намерен колонизировать звездные системы. Ближайшие.

[alex_semenov]

Это Вы всё еще не можете представить модель взрыва в вакууме!

Не могу. Я ухватился за единственный фрагмент, меня удививший.
Но вы, Ганс, как всегда, видите все и сразу!

Вы таки первоисточник почитайте, Не было ни одного взрыва в вакууме.
Максимальная высота взрыва была ЕМНИП 150 км. Я находил абстракт. ЭТО НЕ КОСМОС И НЕ ВАКУУМ!

Ганс, ну это неспортивно! На высоте 150 км мы имеем почти что вакуум.
Да и вообще!
ВЫ НЕ ПОНИМАЕТЕ в корне о чем речь, я вижу!
Речь о первых наносекундах разлета. То есть все происходит в пространстве 10-20 метров в диаметре!!! При этом первые 10 м3 – критические. В них теряется больше всего.
И какое отношение те крохи атмосферы, за которые вы судорожно пытаетесь схватится, могут иметь в нашем случае?
Выше 120 км давление в 4 000 000 раз ниже чем у Земли. Будем считать сколько материи там находится внутри сферы 30 м в диаметре?
Или так поймем абсурдность подобной аргументации?

Как только протоны покинули зону разлета плазмы от оболочки их больше ничего не удерживает - они уже не плазма!!!!

Плазмой эти протоны буду даже через 20 000 наносекунд когда расползутся в сферу 100-300 м в диаметре. Это будет почти та же плазма, что  и в ИТЕР. По плотности и температуре.  Плазма может быть очень холодной и разряженной. Например плазма в ионосфере Земли.
У нас же сверхплотная и сверхгорячая плазма.
Кстати почему протоны только? Что на них клин светом сошелся? Или потому что они самые шустрые? А что тогда делать с ядрами гелия? Бросить на произвол судьбы?

С какими продуктами? Быстрее протонов никто не летит - там вакуум. Н е забудьте - они заряжены и формулу, сколько энергии потеряют протоны до выхода сами же синим выделили.

Ганс, частицы сталкиваются друг с другом. При такой плотности – еще как! Не успеют они вылететь ни с чем не столкнувшись, не поделившись энергией. Это же законы статистики. Самое неприятное. Ваши протоны  будут сталкиваться с ... электронами, которые будут отлетать как кегли в кегельбане от шара. Именно электроны будут ЗАБИРАТЬ часть энергии вашего протона и... излучать ее в виде теплового рентгена. 

Какой свет??? У нас протоны ушли - свет это ионы оболочки. Не нужен бланкет для D+He3 бомбы. Даже вреден.

Да никто про банкеты ПОКА не говорит.
Плазма – это смесь ионов и электронов. Электроны в процессе теплового движения, сталкиваются и излучают. Это и есть тепловое излучение плазмы. В том то и засада что формула Стефана-Больцмана работает везде, где есть электроны.

Избавтесь от электронов - тогда может быть у вас что-то получится...

[alex_semenov]

По поводу бомбы на гелий-3 дейтерии Ганс все же прав.
Смотрите.



Взято здесь: http://en.wikipedia.org/wiki/Lawson_criterion

Если мы в бомбе рвем D-D (и кстати очень хорошо), то есть зеленая линия,  то что мешает нам рвать красную линию?
Только одно - дороговизна гелия-3. Ну и кому это вообще до сих пор надо было? Сверхчисные термоядерные взрывы?

Еще. гелий почти всегда жидкость. Морока с ним неимоверная.
Я бы предпочел все же бововодород или гидрид лития...

[alex_semenov]

Чушь.
Все электроны и так остались в первичном облаке плазмы от оболочки.
Я читаю источнике про термоядерный взрыв вакууме.
В нем так и говорится - "нейтроны уносят 80% энергии взрыва".  В чём разница с безнейтронной реакцией? Да ни в чём. Нет электронов - не будет и рентгена. 
Протоны покинули сверхплотную и сверхгорячую плазму.
Почитайте про пробег протонов веществе и аппроксимируйте на плазму.

Ах вот откуда ноги растут вашей уверенности...
Гм...
Почему нейтроны улетают, унося 80% энергии, а протоны так не могут?
Гм...
Должен сказать это действительно должно озадачивать.
Первое что приходит на ум. А как нейтроны взаимодействуют с электронами?
Возможно сечение взаимодействия в 100 если не в 1000 раз ниже.
Электрон и протон (вообще любой ион) – заряженные частицы притом противоположно. У них должно быть БЕШЕННОЕ сечение взаимодействие.
А нейтрон – он же невидимка.
Где бы поискать подтверждение или опровержение гипотезы?

[alex_semenov]

По поводу бомбы на гелий-3 дейтерии Ганс все же прав.

тогда возникает вопросы:
1) сколько надо гелия-3 и где столько его взять?
2) не утечёт ли из бачков весь гелий-3 в первые же годы полёта? он же может протечь даже через кристаллическую решётку! 
3) каково будет массовое соотношение смеси-гелий3/дейтерий, плутония и конструкций в бомбе?
я чую что ответы на эти вопросы поставят жирный христьянский крест на такой схеме

Исключая вопрос 3 (я не понял подвоха) абсолютно согласен со всем. Но чисто умозрительно надо признать. При желании жахнуть сверхчистую бомбу мы бы ее жахнули бы.
Но морока с жидким и текучим гелием отпугивает меня очень сильно.

и что-то я очень сомневаюсь, что весомая (для извлечения тяги) часть протонов сможет вырваться за пределы оболочки бомбы
известно, что радиация в виде заряженных частиц останавливается по большей части листом бумаги

И это верно. Но это все мутки Ганса. Он хочет спасти большую часть энергии с протонами, а меньшую (20%) уж бог с ней, хай сливается рентгеном.

Никакого лития - попрут нейтроны и до быстрых протиев и альфа-частиц не дойдет.
Бороводород он на два порядка жарче. Его на этом графике не поместилось   

не надо выдумывать про нейтроны. без плутония им неоткуда будет взяться
и, литий с водородом всё же легче должно быть поджечь, чем бороводород

Это не я сказал. Это Ганс. Но он прав. Реакция тугоплавкая.  Вот тут (жаль нельзя отрезать беспонтовую левую сторону)



И тем не менее. Я вполне допускаю, что ядерным триггером обе реакции поджечь можно.
Ядерный триггер с пол-пинка жгет то, что никак не хочеть гореть в более цивилизованных условиях (лазеры, Z-пинч, пучки частиц). То есть. Если и можно эту гадость (литий-6 или бор) с протием зажечь то сам бог велел атомной зажигалкой!

[alex_semenov]

Ганс по поводу нейтронов и протонов.

О нейтронах. Первое что попалось:
Взаимодействие нейтронов с веществом
http://profbeckman.narod.ru/RR0.files/L9_5.pdf

Таблица 9.  Длина свободного пробега нейтрона в веществе.
Берем алюминий (для чистоты эксперимента).
4 МэВ нейтрон  - 14.1 см
14.9 МэВ нейтрон – 15.9 см

Пробег протона в алюминии можно найти здесь (вы сами мне дали эту ссылку): http://nuclphys.sinp.msu.ru/radiation/rad_3.htm
Таблица 2

5 МэВ протон  - 1.8E-2 см
20МэВ протон – 2.7E-1 cм
 
То есть нейтрон в одной и той же среде пробегает в 783-59 раз большее расстояние. Это и есть разница в сечении взаимодействия по сути.

k= exp(e*n*l)

Можно уверенно утверждать, что протон на порядок лучше взаимодействует с веществом чем нейтрон. Этого достаточно чтобы протоны унесли 8% энергии а нейтроны унесли 80%.
Помните?
Мне понадобилось 40-а сантиметровое бороновое одеяло чтобы остановить 99% этих мерзавцев. Все ваши протоны будут остановлены слоем в ~1см. То есть еще в зоне реакции они уже провзаимодействую друг с другом на 99%.

И самое главное.
С электронами.
Странно, но я не нашел ничего по этому поводу. Нейтрон хоть как-то взаимодействует с электронами?
 

[alex_semenov]

Исключая вопрос 3 (я не понял подвоха)

гелий-3 имеет настолько маленькую плотность по сравнению с другими веществами, особенно с плутонием, что чтобы запихать весомое его количество в ядерную бомбу, нужно будет сконструировать целый "воздушный шар". криогенный. огромный. лежащий рядом с перманентной хиросимой и не протекающий. а ещё надо разгонять до скорости порядка км/с с частотой несколько раз в секунду такие шарики - ведь надо же это ещё всё поставлять в камеру сгорания с "безопасного расстояния". ерунда какая-то, если честно, получается

Ага. Теперь понял. Спасибо.
Да. Еще когда я считал "Феникс" (по сути можно счейчас считать его нашим вкладом в "Иикар") то удивился тому, что гелий-3 (более тяжелый элемент чем дейтерий) обладает просто кошмарно-низкой плотностью.



Дейтерий – внутренний бак. Шесть снаружы – гелий-3.
Плотность жидкого дейтерия - 162,4 кг/м3
Гелий-3 в жидком состоянии  - 56 кг/м3 (а вот гелий-4 124 кг/м3  это позволяет их легко разделять).

Хорошо. Давайте посчитаем.
Дефект массы у Гелий-3 + Дейтерий:
k=[(2.01355D+ 3.016Нe3) - (4.002Нe4+ 1.0072Н) ]/(2.01355D+ 3.016Нe3) = 0.0040

1 Мт – это 4,184E+15 Дж. Из E=k*m*c^2 получаем, что нам нужно 11.62 кг  дейтерий-тритиевой смеси при 100% выгорании. Берем 50% выгорания и получаем округленно 25 кг термоядерного топлива.
Из которых 10 кг дейтерия и 15 кг гелия-3. Считаем объем компонентов по отдельности.
Получаем 0,061м3 и 0,268м3 соответственно. Складываем. 0,33м3.  Это сфера диаметром... 85 сантиметров...
Гм... Может в литрах (поллитрах?) посчитать?

Да. Шарик получается очень объемный.
Кстати. На "Дедале" собирались гелий с дейтерием везти в одном баке. В виде шуги (ледяной каши). Гелий жидкий в нем плавает дейтериевый лед. Гелий-дейтериевая  шуга занимает меньше места чем компоненты по-отдельности. Но не думаю что значительно меньше.

И тем не менее. Я вполне допускаю, что ядерным триггером обе реакции поджечь можно.
Ядерный триггер с пол-пинка жгет то, что никак не хочеть гореть в более цивилизованных условиях (лазеры, Z-пинч, пучки частиц). То есть. Если и можно эту гадость (литий-6 или бор) с протием зажечь то сам бог велел атомной зажигалкой!

ядерный триггер развалит литий на тритий у меня есть пара идей детонации без всякого ядерного триггера одна лучше другой

Да я знаю. Но  почему ядерный детонатор развалит литий-6 на тритий? Нейтроны? А если от них как-то загородится? Ведь сам процесс синтеза запускается именно  рентгеновским нагревом и сжатием. Сжатие  возникает из-за того, что элементы с большим Z (тот же вольфрам) пухнут быстрей, чем с малым Z. Так называемое "толкатели".
Сначала сжатие, потом "грелка". Грелка обычно это еще один триггер на делении по сути. Там тоже буду нейтроны Но можно же и с ней что-то сделать хитрое. Нам не надо идеальная чистота зоны синтеза от нейтронов. Достаточно снизить поток нейтронов раз в 10-50, думаю.
Поймите, что бы вы не выдумывали, заряд дает куда больше пространства для маневра чем ваши зажигалки (я уж знаю что это такое! Там проблем куда больше чем решений!).

[alex_semenov]

а всё-таки, чисто геометрически зонтиком-щитом можно охватить 30-50 % нейтронов, которые несут 80 % (или даже более) чисто кинетической энергии

Полусфера "собирает и направляет" лишь 25% импульса изотропно разлетающейся массы.



Это (после всех тех потерь, что мы уже сделали) – очень расточительно.

но щит понадобится толстый (около метра) и, следовательно, очень уж массивный
иначе - деградация конструкции корабля, наведённая радиация в почве и скалах, разложение на тритий топливных запасов лития на борту... всё равно ерунда выходит

Да ерундовое решение. Сразу видно – не стоит в его сторону и дергаться.

[alex_semenov]

Полетят, куда денутся. Там не сфера, а цилиндр. И с одной сторону не будет бланкета - кумулятивное сжатие.

Кстати, такая схема дает коэффициент колимации 0.5 (50%)
Но магнитное зеркало все равно лучше. 65%

[alex_semenov]

Я все же готов поставить вот на что.

По моим расчетам получается, что сфера должна сливать всю внутреннюю энергию в первые же 10 наносекунд.
То есть ~100% всей энергии "чистого" взрыва (которые не унесли нейтроны) в космосе должно превратится в рентген. Но этого не происходит. 10% остаются разлетающейся плазме.
Как так получается?
Неравновесные процессы в плазменном шаре. В самом начале взрыва (именно тогда потеря выше всего).
Смотрите.
Потеря энергии пропорциональна 4-й степени НАРУЖНОЙ температуры шара. Именно то что наружная температура шара оказывается НИЖЕ расчетной (быстро падает и не может поддерживаться теплопередачей внутри расширяющегося плазменного шала) и спасает нам 10% энергии.
Само собой спасает.
То есть  в сфере есть такой хитрый процесс... Самопроизвольный.
Вот и давайте его попробует подстегнуть.
Допустим мы хотим спасти 80%. Для этого надо наружную температуру шара плазмы сделать в 8^(1/4) меньше. Это всего в 1.68 раз меньше.
То есть наша задача в 1.68 ухудшить теплопередачу от внутренней области расширяющегося шара к внешней.
То есть естественно возникающий в фаерболе процесс надо как-то чуть-чуть (в полтора раза) улучшить.
И я вполне допускаю, что это можно добиться пошаманив с конструкцией самой бомбы...
Но как?
 
К сожалению тут нужны спецы...

[alex_semenov]

То есть наша задача в 1.68 ухудшить теплопередачу от внутренней области расширяющегося шара к внешней.
То есть естественно возникающий в фаерболе процесс надо как-то чуть-чуть (в полтора раза) улучшить.
И я вполне допускаю, что это можно добиться пошаманив с конструкцией самой бомбы...

получите больший градиент температуры и более бурное развитие неустойчивостей Р/Т

Гм... Дело вот в чем. Любая гидродинамика внутри сферы не может двигаться быстрей, чем сфера разлетается. То есть если за первые 20 нс она раздулась всего на 10 см  то никакая структура внутри заряда за это время не может поменять свою конфигурацию более чем на те же 10 см.
В любом случае вопрос сложный. И однозначно дать ответ "нет" или "да"  не получится.
Все что я лично могу сделать – попробовать внятно сформулировать проблему.

Но в любом случае.
Обратите внимание.
Если задача и разрешима, то разрешима именно для девайса типа "бомба". То есть сложного изделия.
Еще. Любая несферическая форма имеет большее отношение S/V чем сфера. Разница не очень велика. Но тем не менее, сфера – наиболее простое и естественное состояние материи (и перегретой плазмы).

[alex_semenov]

И всё-таки есть сильное подозрение что неустойчивости Р/Т сильно испортят картину путём слива энергии через "горячие выпуклые пятна" файербола. Пока что я не убедился, что это не так. В испытаниях как раз наблюдаем такую ситуацию. Горячие пятна проявляются сразу через оболочку бомбы уже, ещё до появления файербола.

То есть... есть реальная съемка, показывающая как на поверхности атомной бомбы появляются пятна?!!!
 

И потом только растут, в случе если не сглаживает атмосфера.

Вообще говоря, тут нельзя сравнивать взрыв в вакууме со взрывом в атмосфере.
Все-таки динамика фаирбора будет очень разной.
Посмотрите графики выше о динамики светового шара. Там через 1с шар все еще существует и меньше километра. В космосе, ничем не сдерживаемый шар плазмы через 1с будет иметь диаметр 2000  км.

Кстати, чтобы избегать неустойчивостей, надо делать заряд максимально однородным, взрывающимся строго сферически из ядра.

Не обязательно.
Вернее не так. Наша задача – изолировать внутренние слои сферы от внешних. Для этого, возможно наоборот надо попытаться сделать слои как можно более разными.
Дело в том, что наша сфера изнутри- это "надутый светом шар". Динамика процессов внутри определяется (как я понимаю) не столько движением частиц (которые движутся очень медленно) сколько движением света (который содержит 90% энергии взрыва). Поэтому всякого рода границы разделения сред будут работать как зеркала.
И я вполне допускаю что какая-нибудь "слоненка" может справится с задачей.
Я не сомневаюсь что эффекта ухищрениями можно дубится.
Но вопрос лишь в том – какого эффекта?
Если с 10% мы сможем поднятся до 30% то это фиаско.
А если до 60-75% - это очень здорово.
Но последнее маловероятно.

Свой "проект" я отправил на свалку пока что (ну или в долгий ящик до лучших времён/идей). Буду пока что читать, критиковать и "кушать попкорн" 

Жаль, конечно.

Хорошо бы было бы этот вопрос подкинуть кому-нибудь из людей занимавшихся физикой плазмы по-взрослому. Профессионально.
Не знаю как здесь, но на НК человека четыре найти можно.

[alex_semenov]

Кстати на вопрос о том, сколько понадобится бомб, каковы будут хотя бы примерные характеристики каждой из них и кто и как их будет делать - ещё ответа не было.

Разве?
 
Ну для себя я имею ответ. И он меня устраивает.
 
Сейчас же давать публичные ответы на эти вопросы просто глупо.