Двигатель для межзвёздных перелётов

[Проходящий Кот]

На новостях космонавтики
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?t=7529&start=3675
скорость струи ещё прижали.
Ренген разбегается непойманный.....

[hecata]

Я вообще то лезу в обалсть где очень неуверен... Но "квантвые переходы" случаются и со свободными электронами (есть даже такой прибор - лазер на свободных электронах).

Нет, это не так. Квантовые переходы существуют только в системах с потенциальными ямами - в случае природы это только атомы.

Согдасно Максвеллу электрон излучает при любом ускорении. Значит сталкиваясь друг с другом или ионами они будут светить. И, кстати поглащать тоже. Процесс обратимый. В объеме.

Угу. Только тогда электроны должны сразу высветиться в атомах за счет центробежных ускорений и упасть на ядра, не находите? Именно поэтому закон излучения Планка (интегрируя который по частоте можно получить закон С.-Б.) применим только к атомам.

Если источником излучения явл. плазма, в к-рой электроны и тяжелые частицы (атомы, ионы) характеризуются различной температурой, то в ф-ле (2) под T надо понимать электронную температуру.

То есть плазма все-таки светит по С-Б...
 
Читаем дальше...

Плазма излучает за счет 4 механизмов. Ганс уже привел выше ссылочку на статью, где это описанно просто и понятно:

Основные механизмы И. п. определяются как индивидуальными свойствами заряж. и нейтральных частиц, образующих плазм, систему, так и её коллективными свойствами - колебательно-волновыми характеристиками (см. Волны в плазме). И. п., основанное на индивидуальных свойствах частиц, подразделяется на след, типы: линейчатое излучение (ЛИ), возникающее при переходе электрона в атоме или ионе между двумя дискретными уровнями (связанно-связанный переход); фоторекомбинац. излучение (ФИ), возникающее при захвате свободного электрона на один из дискретных уровней атома или иона (свободно-связанный переход); тормозное излучение (ТИ) свободного электрона в поле иона (свободно-свободный переход); м агнитотормозное, или циклотронное, излучение (ЦИ) электрона при его вращении в магн. поле напряжённостью H.

Естественно соотношение между каналами радиационных потерь очень сильно зависят от свойств плазмы. У водородной плазмы уже при 1 кЭв линейчатое излучение (которое и описывается С-Б) будет полностью отсутствовать.

В статье приведен пример вкладов потерь на излучения разного рода для плазмы "водород + железо" в зависимости от температуры.



Ну и где тут T^4?

Вообще, очевидно, что вопрос этот требует серьезных моделей, и прикидками тут не обойдешься. Еще цитата:

Для систем с магн. удержанием плазмы (напр., при Ni-Nе~1014 см-3) T*~2.10-3эВ, а т. к. типичная термоядерная темп-pa TT/Я~104 эВ, то тормозное излучение разреженной термоядерной плазмы является чисто объёмным; оно в (TT/Я/T*)7/2~а*/а раз, т. е. на много порядков меньше излучения чёрного тела.

[Проходящий Кот]

.........

Согдасно Максвеллу электрон излучает при любом ускорении. Значит сталкиваясь друг с другом или ионами они будут светить. И, кстати поглащать тоже. Процесс обратимый. В объеме.

Угу. Только тогда электроны должны сразу высветиться в атомах за счет центробежных ускорений и упасть на ядра, не находите? Именно поэтому закон излучения Планка (интегрируя который по частоте можно получить закон С.-Б.) применим только к атомам.
....

А излучаемая электроном при этом энергия куда денется, не на соседние ли атомы:
Кроль В.М. Квантовая механика с точки зрения кинетической теории
http://kotkot58.narod.ru/indexKrol.html

[hecata]

.........

Согдасно Максвеллу электрон излучает при любом ускорении. Значит сталкиваясь друг с другом или ионами они будут светить. И, кстати поглащать тоже. Процесс обратимый. В объеме.

Угу. Только тогда электроны должны сразу высветиться в атомах за счет центробежных ускорений и упасть на ядра, не находите? Именно поэтому закон излучения Планка (интегрируя который по частоте можно получить закон С.-Б.) применим только к атомам.
....

А излучаемая электроном при этом энергия куда денется, не на соседние ли атомы:
Кроль В.М. Квантовая механика с точки зрения кинетической теории
http://kotkot58.narod.ru/indexKrol.html

Излучаемая электроном энергия уходит в виде фотонов. В т.ч. этот фотон может быть поглощен соседним атомом. Только все процессы энерговыделения идут квантами. Зависимость интенсивности такого типа излучения от температуры - ~T^4. Но происходит он только при наличии атомов или ионов, в полностью ионизированной плазме это работать не будет.

[alex_semenov]

Излучаемая электроном энергия уходит в виде фотонов. В т.ч. этот фотон может быть поглощен соседним атомом. Только все процессы энерговыделения идут квантами. Зависимость интенсивности такого типа излучения от температуры - ~T^4. Но происходит он только при наличии атомов или ионов, в полностью ионизированной плазме это работать не будет.

Бредятину вы  несете, батенька.
В той же самой ссылке
http://femto.com.ua/articles/part_1/1276.html
Есть кривуля.



Из под которой вы берете вот эту цитату:

Для систем с магн. удержанием плазмы (напр., при Ni-Nе~1014 см-3) T*~2.10-3эВ, а т. к. типичная термоядерная темп-pa TT/Я~104 эВ, то тормозное излучение разреженной термоядерной плазмы является чисто объёмным; оно в (TT/Я/T*)7/2~а*/а раз, т. е. на много порядков меньше излучения чёрного тела.

Но там же ниже есть и вот это:

Лишь для нек-рых систем с инерционным удержанием плазмы, напр, для лазерного УТС, представляют интерес плотности Ni=Ne вплоть до 1027 см-3, к-рым соответствует T*~6.104 эВ>TT/Я, так что здесь эффект запирания ТИ в плазме уже существен.

ТИ - тепловое излучение.

Перевожу на нормальный язык.
Да. Плазма ВНУТРИ СВОЕГО ОБЪЕМА излучает множеством разных способов. При этом поверхностный неприятный эффект по С-Б (с I~ T^4) возникает для ОПТИЧЕСКИ непрозрачной плазмы. То есть для плазмы у которой отношение длины свободного пробега излучения к размерам самой области плазмы << 1 (много меньше 1).
То есть при очень больших плотностях плазмы. Это как раз случай инетционного УТС и (без тени сомнения) ядерная-термоядерная бомба.
Но этого эффекта нет для магнитного термояда. Там отношение >>1  А так как многочисленные источники в сети мульен раз повторяют друг друга то и возникает идиотское (по себе сужу) ощущение что С-Б в плазме "выключается".
Да. В разряженной замагниченной плазме он не работает.
Но инерционный термояд эффекту подвежрен.
И вообще любая плотная (оптически непрозрачная) плазма будет светить по С-Б.

[alex_semenov]

Угу. Только тогда электроны должны сразу высветиться в атомах за счет центробежных ускорений и упасть на ядра, не находите? Именно поэтому закон излучения Планка (интегрируя который по частоте можно получить закон С.-Б.) применим только к атомам.

Вы считаете что я ни ухом ни рылом об "ультрафиолетовой катастрофе"?
Или про конфликт модели атома Бора с классической электродинамикой?
То что вы говорите - это так. Но это не дает нам качественной разницы картины. Закон С-Б действует и для полностью ионизированной плазмы. Но разумеется оптически непрозрачной. То есть очень плотной. Именно такая и возникает в первые наносекунды ядерного (термоядерного) взрыва.
Другое дело, что процесс теплопередачи внутри этой плазмы далек от идеального. Мои расчеты по сути на это и направлены. Оценить показатель этой неидеальности (3.75) и поставить вопрос - а можно ли усилить ее для получения нужного нам эффекта?

[vsevolodson]

Другое дело, что процесс теплопередачи внутри этой плазмы далек от идеального. Мои расчеты по сути на это и направлены. Оценить показатель этой неидеальности (3.75) и поставить вопрос - а можно ли усилить ее для получения нужного нам эффекта?

Нет. Законы физики - против. Почему нельзя отбросить плазму магнитным полем в первые наносекунды, пока она не высветилась? - Потому что магнитное поле не проникает в ещё не ставшую прозрачной плазму. Ну а когда плазма становится достаточно прозрачной для магнитного поля - уже поздно.

ЗЫ
я уже трижды об этом говорил
Александр, вы отказываетесь это понимать что ли?

[alex_semenov]

Нет. Законы физики - против. Почему нельзя отбросить плазму магнитным полем в первые наносекунды, пока она не высветилась? - Потому что магнитное поле не проникает в ещё не ставшую прозрачной плазму. Ну а когда плазма становится достаточно прозрачной для магнитного поля - уже поздно.
ЗЫ
я уже трижды об этом говорил
Александр, вы отказываетесь это понимать что ли?

Да. Я заметил это замечание. Все верно. Но я не считаю это важным.
Вот моя логика.
Смотрите. В начальный момент вся плазма сконцентрирована в сфере диаметром ~ 1 м. Она очень плотна и непрозрачна. И в этом объеме закупорена вся энергия взрыва. При этом 90% (примерно) это фотонный газ. И лишь 10% - энергия ионов.
Допустим, что через поверхность у нас не сливается львиная доля энергии. (допустим!)
Что происходит.
Сфера плазмы расширяется. Кубически падает объемная плотность сферы и... температура фотонного газа внутри. В степени 4/3 То есть. Сам адиабатический (без потерь) процесс расширения сферы материи уже должен перекачивать энергию фотонного газа в кинетическую энергию ионов (то что нам нужно).
Это в случае, если у нас адиабата. Поверхность холодная (суперзеркало)
Но это не так.
Поверхность излучает. (там картина много сложней. На НК AlexV предложил не четкую сферу а облако с больцмановским распределением где радиус излучения R 2 сигма. Но это детали. Качественно можно представить это как некую идеальную сферу). Наша задача как можно меньше выпустить через непрозрачную поверхность (по С-Б) пока сфера расширяется. Если сфера расширится до 100 м, энергия фотонного газа упадет в 1000 000 раз и температура в 32 раза.  Все. Мы 100% победили!
Когда плазма станет прозрачной, оставшийся внутри рентген вырвется на свободу. Но он уже не будет содержать 90% энергии.
Прикиньте.
Даже пускай сфера становится прозрачной при 10 м (десятикратный разлет). Это значит что объемная плотность энергии фотонного газа упала в 1000 раз. То есть от 90% остались явно меньше 1% Ну и хай себе вырваются на свободу.
Мы куда больше теряем ДО ЭТОГО через С-Б пока свет был закупорен в непрозрачной сфере через ее поверхность.
Больше всего энергии уходит именно на первых сотнях наносекунд пока сфера не расширилась и не снизила свою температуру.
Возможно я в чем-то и неправ.
Но я так себе представляю процесс...

[vsevolodson]

Смотрите. В начальный момент вся плазма сконцентрирована в сфере диаметром ~ 1 м. Она очень плотна и непрозрачна. И в этом объеме закупорена вся энергия взрыва. При этом 90% (примерно) это фотонный газ. И лишь 10% - энергия ионов.

хммм. а откуда такие числа? фотонный газ внутри сферы с непрозрачной коркой будет в равновесии с кинетической энергией ионов, ибо взаимодействие...
но в целом идея понятна. расширяющаяся сфера быстро остывает и равновесие фотонного газа с ионами быстро смещается в пользу ионов
однако будет ли этого достаточно для необходимого снижения потерь на излучение в 4-5 раз?

[hecata]

Излучаемая электроном энергия уходит в виде фотонов. В т.ч. этот фотон может быть поглощен соседним атомом. Только все процессы энерговыделения идут квантами. Зависимость интенсивности такого типа излучения от температуры - ~T^4. Но происходит он только при наличии атомов или ионов, в полностью ионизированной плазме это работать не будет.

Бредятину вы  несете, батенька.
В той же самой ссылке...

...поясняется, что зависимости весьма сложны, в т.ч. от температуры (кстати, в отцитированном вами изображении как раз нет I~T^4). А то, что ТИ (тормозное излучение) экранируется в оптически плотной плазме, а ЛИ - нет, еще ничего не значит. Надо модель считать довольно подробно. Очень легко ошибиться на порядок.

[hecata]

Но я так себе представляю процесс...

По вашей модели и приходиться подставлять в 3.75 раза меньшее значение температуры, что бы свести концы с концами. Я так думаю, что чем меньше у нас не полностью ионизированных атомов, и чем больше вклад ЛИ - тем больше будет утечка рентгена. И наоборот.

Интересно еще вот что. Чем менее у нас прозрачная плазма, тем более интенсивно идет обмен энергией ионов и фотонов, а значит можно надеяться на быструю перекачку энергии из фотонного газа при расширении.

[gans2]

Семенов, а с чего Вы взяли, что плазма будет расширятся? Она же сама себя держит кулоновскимии силами. Плазмоид устойчив. Он теряет с поверхности нейтроны, протоны, электроны, энергия которых превышает порог, но это не расширение плазмоида, а его "истощение". Ну и немного рентгена. Когда плотность плазмоида упадет до оптической прозрачности. Но упадет она не из-за расширения.

[alex_semenov]

Семенов, а с чего Вы взяли, что плазма будет расширятся?

Ганс, вы меня просто удивляете. AlexV привел на НК куда более адекватную модель чем шар плазмы, который использую я.
Но где ваш здравый смысл? А что плазме делать? Какие кулоновские силы? Ладно вы не хотите считать. Но плазма ведь квазинейтральна, в конце концов.

[gans2]

Откройте учебник "Физика плазмы". Там как раз про это написано. Именно потому, что квазинейтральна, она и устойчива. Газ в том же количестве атомов неудержимо рассеивается, а ионизация пробуждает кулоновские силы и формирует "плазмоид". А нейтрализации мешает температура.

Помните  историю с "позитронным" двигателем. Почему он работает, НО не полетит. Кулоновские силы не отпускают. :-)

[vsevolodson]

Так взлетит или не взлетит всё-таки?

[alex_semenov]

Смотрите. В начальный момент вся плазма сконцентрирована в сфере диаметром ~ 1 м. Она очень плотна и непрозрачна. И в этом объеме закупорена вся энергия взрыва. При этом 90% (примерно) это фотонный газ. И лишь 10% - энергия ионов.

хммм. а откуда такие числа? фотонный газ внутри сферы с непрозрачной коркой будет в равновесии с кинетической энергией ионов, ибо взаимодействие...

Например вот отсюда же
http://www.tarusa.ru/~alik1/sgs/VOLUME10/NUMBER3/v10n3p5.pdf

Стр. 8

При Т = 6⋅107 К плотность энергии равна 9.8⋅1016 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 – 1016 эрг⋅см-3.
• Плотность тепловой энергии вещества – 1014 ÷1015 эрг⋅см-3.

Таким образом, сразу же после взрыва ядерного заряда образуется область, заполнен-
ная 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

но в целом идея понятна. расширяющаяся сфера быстро остывает и равновесие фотонного газа с ионами быстро смещается в пользу ионов однако будет ли этого достаточно для необходимого снижения потерь на излучение в 4-5 раз?

Вот это вопрос вопросов. Как мне кажется, возможны ухищнерия. Но у меня ума их придумать не хватит. Если они возможны...
 

[alex_semenov]

Ганс. Вы вечно наступаете на одни и те же грабли.
Допустим там есть кулоновские силы, которые склеивают очень разряженную плазму. Ну и что это дает? Вы оценили КОЛИЧЕСТВЕННО их? Сравнили хотя бы с давление света внутри бомбы?



А ведь это давление там не основное (на порядки ниже давления материи). Не удивлюсь, если у вас будет разница в 10 порядков между вашими кулоновскими силами и давлением в фаерболе.
Проше говоря. Вы цепляетесь за ерунду.

[gans2]

Откуда там давление??? Там ведь  оболочки нет!
Энергия бомбы теряется тремя путями
- ионами , имеющими скорость и вектор уносящий их из плазмоида,
- Излучением(а без электронов на орбьиталях ионов никакого рентгена опять же.), с поверхности оного
и
- тормозным излучением, который те же ионы испускают при движении в электромагнитном поле плазмоида. Никакого С-Б нету- все электроны ободраны, характерные скорости не дают состоятся рекомбинации. Пока ионы и электроны не улетели в область холодной и плотной среды, (воздух при высотном взрыве) никакого рентгена полезные заряжженные частицы испускать не будут. А у нас , извините глубокий вакуум. Посмотрите собственный гиф с движением заряженных частиц в японском магнитном зеркале. Японцы рентгеном не заморачиваются.

А кулоновские силы просто оконтуривают место где ионы и фотонный газ обмениваются энергией пока потери массы улетающими фотонами и ионами не приведут к оптически прозрачной плазме.

[vsevolodson]

А кулоновские силы просто ококнтуривают место где ионы и фотонный газ обмениваются эжнергией пока потри массы улетающими фотонами не приведут к оптичесеи прозрачнй плазме.

Это бред. Bидать, Ганс приболел. 

[OMI]

Какова примерная расчётная стоимость этого проекта?