Двигатель для межзвёздных перелётов

[Valerij56]

Вивернджет здесь обсуждался уже не раз и не два
Двигатель для межзвёздных перелётов
Ещё обсуждались на НК и авиабазе, как минимум
Что-нибудь новое с тех пор?
Таки летим или нет?

   
Наконец хоть кто-то вспомнил что-то похожее.
   

   
У меня ничего нового не было, я просто напомнил, что потенциально работающий термоядерный двигатель существует, и его создание в космосе намного проще, чем строительство термоядерной электростанции на Земле.
   

Наблюдая за плазменными потугами и затяжными родами термоядерного блага

Тут у сторонников т/я двигателей на магнитной ловушке есть определённая лазейка нефальсифицируемости.
Типа давайте сначала построим нечто вроде полупрозрачно-ажурного прототипа размером с небольшой астероид на орбите, а потом уже будем говорить, что это не заработает.

   
Золотые слова. И вот это тоже:
   

Тоесть по сути нужно научиться удержиать плазму в милиарды кельвинов. Можете прикинуть какая нужна магнитная система. Тоесть если двигатель на основе открытой ловушки возможен то это будет какой то монстр.

   
Почти всё правильно, это не совсем открытая ловушка. Часть плазмы направляется обратно, для формирования встречного пучка и создания условий для самоподдерживаемой реакции. И двигатель, действительно, гигантский, километры или десятки километров. А вы остоянно срываетесь на обсуждение реактора для наземной станции.

[Андрей Курилов]

Золотые слова. И вот это тоже:

Только на практике надо доказывать работоспособность, а не требовать доказать обратное. Причин, почему не будет работать полуоткрытая ловушка даже в космосе, даже большого размера может быть миллион.

[Technecy]

Золотые слова. И вот это тоже:

Только на практике надо доказывать работоспособность, а не требовать доказать обратное. Причин, почему не будет работать полуоткрытая ловушка даже в космосе, даже большого размера может быть миллион.

Да не миллион. Всего одна.  И это НЕ  пресловутый "дорогонах" и НЕ вечное "власти скрывают".

[AlexAV]

Лучшая первая стенка когда её нет.

От вакуума СВЧ плохо отражается.

Давайте посмотрим на формулу Трубникова. Коэффициент выхода синхротронного излучения из плазмы в ней имеет вид:

\[ \Phi = 60(\frac{T_e}{m_ec^2})^{3/2}(\frac{a \omega_p^2}{c \omega_c})^{-1/2}\sqrt{1-R_W}\sqrt{1+\psi} \]

\( T_e \) - температура электронов в плазме; \( m_e \) - масса электрона, с - скорость света; a - радиус плазменного шнура;  \( \omega_p \) -  плазменная частота; \( \omega_c \) - циклотронная частота; \( \psi \) - параметр неоднородности плазмы; \( R_W \) - коэффициент отражения стенок.

Если у нас снетки нет, то очевидно R_W = 0. При этом синхротронные потери окажутся в 3,2 раза выше, чем в случае, если например вокруг плазмы находится проводящая стенка с R_W = 0.9. А для той же He-3-D эта разница может означать различие между случаями "это не работает принципиально" и "здесь ещё можно побороться".

В общем для всего, кроме  D - T (которая может гореть даже с коэффициентом выхода синхротронного излучения равном единице), вакуум - плохая стенка. Плазма непосредственно граничащая с космическим вакуумом будет терять за счёт синхротронного излучения слишком много энергии, неприемлемо много.

Без металлической первой стенки непосредственно соприкасающейся в плазмой из-за этого не получится обойтись даже в космосе.

Это может быть просто металлическая сетка.

Можно (хотя у сетки коэффициенты отражения всё же меньше, чем у сплошного металла), но это никак не снимает проблемы, что сетка будет также поглощать заметную часть тормозного излучения плазмы. А затем сетка должна эту энергию куда-то деть. Излучением она сможет сбрасывать не особенно много (три условие сохранения температуры металла на приемлемом уровне). При 800 градусах не более 75 кВт/м2, что очень мало по сравнению с прогнозируемыми уровнями излучения из плазмы.

А значит потребуется активное охлаждение теплоносителем с большими лопухами дополнительных радиаторов. Но такая охлаждаемая теплоносителем первая стенка в любом случае получится достаточно толстой и тяжёлой.

[AlexAV]

А разве абсолютные потери не пропорциональны квадрату размера и, соответственно, относительные потери обратно пропорциональны размеру?

Это верно для потерь связанных с теплопроводностью, диффузией и отчасти синхротронным излучением.

Для потерь связанных с тормозным излучением отношение, в силу прозрачности плазмы для тормозного рентгена, отношение термоядерной мощности к тормозным потерям есть функция определяющаяся только от состава плазмы и её температуры, но никак независящая от геометрии реактора.

В случае B-11-p это ведёт к тому, что для любого реактора с оптически тонкой квазимаксвелловской плазмой получить большие (интересные с точки зрения практического применения) коэффициенты усиления мощности невозможно принципиально.

Но если сильно увеличить размеры, то нейтроны начнут тормозиться и поглощаться самой плазмой (наверное с большой примесью 1P), а бериллиевая стенка-отражатель будет лёгкой на фоне остального.

Ну очень большой. Сечение рассеяния нейтронов имеет порядок 1 барн = 10^-24 см2, плотность плазмы в магнитной ловушке 10¹⁴ см2, чтобы рассеяние нейтронов в плазме играло существенную роль потребуется характерный размер плазменного объёма 10¹⁰ см = 1 млн. км, больше чем расстояние от Земли до Луны. Вполне очевидно, что реактор такого размера совершенно нереально создать в техническом плане.

Плазму реактора с магнитным удержанием реалистичных размеров с высокой точностью для нейтронов можно считать прозрачной.

3He чем-то хуже 4He с точки зрения создаваемых потерь?

Светит также, но не греет. Если взять плазму содержащую 80% (He-3 + D) и 20% (He-4 + p), то светить она будет практически также, как  100% (He-3 + D), но вот мощность термоядерной реакции упадёт в 1,56 раз. В результате соотношение термоядерной мощности к мощности излучения плазмы существенно ухудшится.

[noxx77]

А значит потребуется активное охлаждение теплоносителем с большими лопухами дополнительных радиаторов. Но такая охлаждаемая теплоносителем первая стенка в любом случае получится достаточно толстой и тяжёлой.

Абляцией с электростатической ловушкой испаряемого по второму контуру той же сетки.  А потом меняем сетки местами: там, уловитель становится экраном...

[Mercury127]

Не получится - уловитель быстро нагреется до выравнивания температур. В итоге аблируют оба.

[AlexAV]

Собственно, я и пытаюсь объяснить, что в достаточно большом пробкотроне возникают условия, необходимые для возникновения самоподдерживающегося горения, и что необходимые для этого параметры давно достигнуты. Самого горения нет и не может быть в небольшом аппарате.

Для D-T это, видимо, действительно так (что совершенно не значит, что сделать такой сверхдлиный реактор просто, там будем масса чисто инженерных проблем). А вот для He-3-D - уже сильно неочевидно, более того, существуют веские аргументы, что это совсем не так (из-за накопления He-4 в плазме при недостаточно хорошем удержание  высокоэнергетических протонов, которые покидают плазму раньше, чем успевают термолизоваться и передать свою энергию плазме).

А где я говорил, что это готовая двигательная установка для звездолёта? Не помню такого.

Тритий настолько неудобная в хранение и обращение гадость, что использовать его будет крайне неудобно не только о звездолётах, но вообще о космическом применение. Кроме того, то, что 80% энергии уходят в непросто бесполезные, а попросту вредные нейтроны (для реактора двигателя), тоже не есть хорошо, попросту придётся делать очень тяжёлую нейтронную защиту магнитной системы.

что проблемы накопления золы в термоядерном двигателе не существует, т.к. она уносится через сопло вместе с рабочим телом

Ещё как существует. Продукты реакции, особенно тяжёлый He-4, будут термолизоваться и достаточно долго жить в плазме. Причём в классической газодинамической (не говоря уж об амбиполярной) даже дольше того же дейтерия. Стационарная концентрация продуктов реакции в плазме в результате будет достаточно высока и она окажет весьма существенное влияние на излучение и реактивность плазмы.

Реактивная струя в классической газодинамической ловушке (т.е. в том, что Вы рисуете ) будет в основном состоять не из продуктов термоядерной реакции, а из не прореагировавших компонентов топлива с заметным избытком дейтерия (для He-3-D реакции).

так как она относительно далеко, и поэтому относительно холодная, в отличии от наземных реакторов.

Далеко её сделать не получится технически, а в части охлаждения проблем будет ещё больше, чем в случае наземных реакторов (попросту из-за того, что эту систему охлаждения придётся как-то вписывать в ограниченные лимиты массы).

Ещё раз повторяю - это не готовый двигатель, это установка, в которой показана достижимость необходимых параметров плазмы.

Да никем и нигде это не показано. Даже для D-Т там не всё просто, а с более сложными топливами вообще неясно может ли простая осесимметричная ловушка дать положительный выход энергии принципиально (если не рассматривать FRC, где конфигурация магнитного всё же замкнутая, впрочем с ним ясности не намного больше, но по другим причинам).

И я не говорил, что это самый эффективный термоядерный двигатель всех времён и народов, я говорил, что это самый примитивный, но возможность создания которого доказана в экспериментах.

Доказать возможность создания реактора экспериментально - значит как минимум построить установку, которая экспериментально даст коэффициент усиления мощности достаточный для рассматриваемой задачи.

Это не сделано ни для одного типа магнитных ловушек, тем более для открытых, причём даже для самого простого D-T топлива (хотя для D-T, в плане физической работоспособности, можно давать скорее оптимистический прогноз, с точки зрения пригодности таких  систем для решения каких-то практических задач вопросов, конечно, существенно больше). Для более сложных топлив пока вообще никакой ясности нет, даже в плане просто принципиальной технической реализуемости.

[Kaiserfrogling]

Это не сделано ни для одного типа магнитных ловушек, тем более для открытых, причём даже для самого простого D-T топлива (хотя для D-T, в плане физической работоспособности, можно давать скорее оптимистический прогноз, с точки зрения пригодности таких  систем для решения каких-то практических задач вопросов, конечно, существенно больше). Для более сложных топлив пока вообще никакой ясности даже в плане просто принципиальной технической реализуемости.

Легче всего создать прямоточный термоядерный двигатель на основе плазмафокусера.
Достичь рентгеновски непрозрачной плазмы он может, в высоких магнитных полях квантовая реверсия подавляет равновесие между ионами и электронами.
http://lppfusion.com/images/stories/theory_and_experimental_program_for_focus_fusion__lpp_jan2011.pdf

[AlexAV]

И, повторяю, в НАСА уже работают над более портативными вариантами термоядерного двигателя с намного лучшей эффективностью.

Ничего кроме красивых картинок у них в этой области нет, ни хорошо теоретически обоснованной концепции, ни тем более, экспериментальных установок для её проверки, хотя бы масштаба Т-3 (одного из первых токамаков вообще).

[Андрей Курилов]

Без металлической первой стенки непосредственно соприкасающейся в плазмой

Зачем стенке соприкасаться с плазмой? Плазма ведь удерживается магнитным полем, а не стенками.

[AlexAV]

Зачем стенке соприкасаться с плазмой? Плазма ведь удерживается магнитным полем, а не стенками.

Это понятно. Однако за счёт диффузии всегда будет существовать поток плазмы поперёк поля поля. И этот поток, если плазменный объём ограничен стенкой, в любом случае её в какой-то мере будет достигать. Полностью исключить контакт плазмы с первой стенкой (выполняющей по крайней мере роль отражателя для синхротронного излучения) достаточно сложно.

[SpaceEngineer]

Да, я знаю, что деревянный корабль такого размера построить нельзя, но и сталь в то время уже была известна, как и закон Архимеда.

Почему нельзя? Где можно про это почитать?

[MenFrame]

Можно (хотя у сетки коэффициенты отражения всё же меньше, чем у сплошного металла), но это никак не снимает проблемы, что сетка будет также поглощать заметную часть тормозного излучения плазмы.

Если сетка поглощает больше, а при этом площадь ее излучения будет меньше сплошной стенки, то возможно именно СВЧ будет основной проблемой. Возможно понадобиться специальная тугоплавкая, композитная сетка. Сделанная из вольфрама, а поверх покрыта тугоплавкой керамикой на основе материала с низким Z.
     Или как вариант, проблему решить геометрией. Скажем использовать сферический токамак больших размеров. Если сравнивать геометрию открытой ловушки и сферического токамака, то там наверное на порядок потери синхротронные будут различаться. А по параметр бета они сопоставимые.

[Polnoch Ксю]

если взять эволюцию кораблей второй половины 19 века, то будут очень впечатляющие результаты.

З - Заявка на провал от неомальтузианцев: соотвествующим образом выбрать место на оси абцисс

Что бы "перегнать" сами корпуса радиаторов в рабочее тело, нужен довольно большой завод с технологиями уровня GOD.

Хм, посмотрим. Может, какая-то химическая реакция, особенно с крутыми катализаторами?

Но тогда что будет охлаждать двигатель?

Радиаторы следующей ступени?

Вроде нет.

На сколько всё становится лучше, интересно?

[Polnoch Ксю]

Да, я знаю, что деревянный корабль такого размера построить нельзя, но и сталь в то время уже была известна, как и закон Архимеда.

Почему нельзя? Где можно про это почитать?

Вот хороший тред кажется: https://www.reddit.com/r/askscience/comments/1sbztl/why_is_there_a_limit_to_how_big_wooden_boats_can/
Но сразу скажу, что я в этом разбираюсь довольно слабо

[crazy_terraformer]

Что бы "перегнать" сами корпуса радиаторов в рабочее тело, нужен довольно большой завод с технологиями уровня GOD.

Хм, посмотрим. Может, какая-то химическая реакция, особенно с крутыми катализаторами?

А может просто отрезанные куски лазерными(электролучевыми или плазменными) резаками перед соплом термоядерного двигателя держать с помощью манипуляторов, они расплавятся и улетят в виде паров и плазмы. И никакого конвертера материи не надо.

[Technecy]

Что бы "перегнать" сами корпуса радиаторов в рабочее тело, нужен довольно большой завод с технологиями уровня GOD.

Хм, посмотрим. Может, какая-то химическая реакция, особенно с крутыми катализаторами?

А может просто отрезанные куски лазерными(электролучевыми или плазменными) резаками перед соплом термоядерного двигателя держать с помощью манипуляторов, они расплавятся и улетят в виде паров и плазмы. И никакого конвертера материи не надо.

Если держать куски перед соплом... А какая с этого польза? Просто тряпки пожечь и поржать?
Какая-то химическая реакция с крутыми катализаторами- это и есть заводик уровня GOD. Ну... А или как, без вмешательства сил божъих, заставить аллюминий(или нечто подобное) стать топливом для термоядрёной реакции?
 

Радиаторы следующей ступени?

Тоесть вы предлагаете тащить на себе в 2 раза больше радиаторов просто потому что хотите сжечь половину в конце пути?
Где Л-Логика?

[sharp]

Какая-то химическая реакция с крутыми катализаторами- это и есть заводик уровня GOD. Ну... А или как, без вмешательства сил божъих, заставить аллюминий(или нечто подобное) стать топливом для термоядрёной реакции?

Ну вообще говоря, наверняка львиную долю массы системы охлаждения будет составлять жидкий теплоноситель... А его вполне можно использовать как рабочее тело плазменного двигателя (но не как топливо для реакции, конечно).

Вот радиаторы, которые скорее всего будут из вольфрама, особо не поюзаешь

[Андрей Астрофизический]

Радиаторы можно переставлять на следующую ступень и подключать к тем двигателям которые собираемся включать. Гемор, да, но в долгом полете в невесомости - возможно.
Топливом для термоядерной реакции радиаторам быть не обязательно же. Достаточно их расплавить-испарить, и выпустить через сопло в качестве рабочего тела. Только не "держать перед соплом"  это прироста кинетической энергии не даст, а наоборот ухудшит ее выход.