RocketStar非中子聚变驱动太空发动机准备就绪

RocketStar非中子聚变驱动太空发动机准备就绪 这种推进器被称为脉冲等离子推进器,其设计非常简单,在一个由阴极和阳极组成的管子的一端有一个特氟龙塞子。当电弧在这两端之间闪过时,部分聚四氟乙烯蒸发,产生少量推力。FireStar 发动机示意图这种脉冲等离子推进器从未真正流行起来,但其设计的简洁性和坚固性不时引起工程师们的注意,美国国家航空航天局(NASA)在 2000 年的地球观测 1 号任务中也对其进行了试验。如果不是美国空军研究实验室(AFRL)及其商业伙伴在设计中加入了新的变化,这一切都将成为太空探索史上的一个注脚。他们的科学家和工程师们所做的就是加入所谓的非中子聚变。乍一看,提到使用核聚变的太空发动机,似乎是那种会让你通过回邮获得诺贝尔奖的突破。事实上,它与那种通过将氢熔化成氦来产生巨大能量的核聚变项目有些不同,后者需要配备巨型磁铁和激光器的大型工厂。火箭之星公司(RocketStar)正在进行的非中子聚变是使用水作为其 M1.5 FireStar Drive 的推进剂,这是一种核聚变增强脉冲等离子推进器。它使用掺有硼的水作为推进剂。当水/硼混合物被电击时,水分子破裂并释放出高速质子。这些质子与硼原子碰撞,并与之融合,生成一种非常不稳定的碳分子碳-12。它几乎立即分解成α粒子和铍核,铍核又迅速分解成更多的α粒子。其结果是产生了一种后燃效应,释放的能量将推力提高了一半,而且通过将硼与水混合,无需使用硼金属滤网。FireStar Drive计划于今年7月和10月在D-Orbit公司专有的OTV ION卫星运载器上执行飞行任务。RocketStar首席执行官克里斯-克拉多克(Chris Craddock)说:"我们对我们团队探索了一段时间的一个想法的初步测试结果感到非常兴奋。在佛罗里达州的一次会议上,我在餐巾纸上勾勒出了这个想法,并将其描述给了 Miles Space 公司的创始人 Wes Faler。他非常聪明地开发出了基础推进器和聚变增强器。我们收购了迈尔斯太空公司,法勒现在是我们的首席技术官。所以,现在我很高兴能把我们已经很出色的推进器,通过核聚变增强,在性能上有显著的提高"。 ... PC版: 手机版:

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了解快速离子碰撞:聚变反应堆中的离子和波的“芭蕾舞” 核聚变实验中快速离子(黑色螺旋)与等离子体波(彩色)相互作用的示意图。资料来源:史蒂夫-艾伦(劳伦斯-利弗莫尔国家实验室),由迈克-范-泽兰(通用原子公司)改编在等离子体中,"冲浪者"可能是速度非常快的离子,它们可能出现在核聚变装置中,是核聚变反应或用于加热等离子体的其他过程的结果。这些快速离子的作用通常与海洋中的冲浪者相反它们为海浪提供能量,使海浪变大。当共振粒子与波浪交换能量时,它们也会通过随机碰撞受到等离子体中其他粒子的挤压。这些碰撞的类型和发生频率决定了波浪的大小和粒子的晃动程度。如果波浪过大或过多,就会把冲浪粒子踢出装置,对墙壁造成潜在危险,同时也会减少聚变能的产生量。聚变反应堆的挑战聚变反应堆中的等离子体必须不断加热,以保持产生能量所需的温度。然而,加热等离子体的快速离子也会与等离子体中的波产生共振。这会导致这些波的增长,并有可能将快速离子踢出装置。研究人员需要了解快速离子与等离子体波之间的共振相互作用,以预测和减轻任何不利影响。这项研究将数学计算与计算机模拟相结合,揭示了不同类型的碰撞如何通过竞争来决定共振粒子与等离子体波之间的能量传递方式。研究人员正在利用这一新的认识来制定如何保持等离子体足够热以维持核聚变反应的模型。共振波粒等离子体问题还与星系中的某些引力相互作用有关。这意味着该项目的方法可以应用于天体物理研究,包括暗物质研究。了解快速离子碰撞在核聚变实验中,快速离子通过与电子碰撞,将其能量传递给背景等离子体,从而使等离子体保持足够的热量进行核聚变。碰撞有两种不同类型:扩散散射和对流阻力。扩散碰撞与台球桌上的台球散射是同一类型。与此同时,当把手伸出行驶中的汽车窗外时,你会感觉到阻力碰撞。根据快离子的速度和等离子体的温度,每种碰撞都会对快离子的行为产生更大的影响。具体来说,快离子速度越大,阻力越大,而等离子体温度越高,扩散越有利。在快速离子通过碰撞加热背景等离子体的同时,它们也会与等离子体波发生共振作用,而等离子体波会消耗它们的能量,从而有可能冷却等离子体。在没有任何碰撞的情况下,只有当粒子的速度与波的速度完全匹配时,才会发生快离子与波之间的共振。科学家们早就知道,扩散碰撞的作用是"抹去"共振,即使粒子的速度比波的移动速度稍快或稍慢,它们也能有效地与波进行能量交换。这项研究的新发现是,当阻力存在时,这种碰撞会改变共振发生的速度,这意味着当快离子和等离子体波的速度相差很小时,能量交换实际上是最有效的。共振功能的作用在这项研究中,研究人员用一种名为共振函数的数学对象来描述波粒相互作用强度的特征,共振函数取决于波速和粒速之间的差值。当阻力碰撞比扩散碰撞发生得更频繁时,就会出现更奇特的现象在全新的速度下,有效的能量传递成为可能。这种现象实际上产生了新的共振,而在没有阻力的情况下,这种共振是根本不存在的,表现为共振函数中出现新的峰值,并扩大了共振相互作用的范围。完全从理论上推导出的共振函数决定了从共振快离子中获取自由能后波浪会变得有多大,也决定了这些粒子会如何被波浪踢来踢去。非线性计算机模拟结果与理论预测非常吻合,证实了推导出的共振函数对这两种碰撞的任何组合都是有效的,并加深了我们对碰撞如何影响等离子体中共振波与粒子相互作用的基本理解。基本理论得到验证后,现在可以放心地将其用于改进用于模拟快速离子在聚变装置中的行为的代码,这是开发商业聚变发电厂道路上的关键一步。编译自/ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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火星一闪而过:脉冲等离子火箭未来有望改变太空旅行 豪氏工业公司设计的 PPR 脉冲等离子火箭凭借其强大的推力和比冲,未来有望改变太空探索的方式,从而加快火星任务的执行速度,并通过增强屏蔽实现安全运输。PPR 系统的简化图像。图片来源:Brianna Clements豪氏工业公司目前正在开发一种推进系统,可产生高达 100000 牛顿的推力,比冲(Isp)为 5000 秒。脉冲等离子火箭(PPR)最初源自脉冲裂变聚变概念,但更小、更简单、更经济实惠。PPR 性能卓越,兼具高 Isp 和大推力,有望彻底改变太空探索。该系统的高效率可使载人火星任务在短短两个月内完成。此外,PPR 还能运输更重的航天器,这些航天器配备了防护银河宇宙射线的屏蔽装置,从而将乘员受到的辐射降低到可以忽略不计的水平。该系统还可用于其他远距离任务,例如前往小行星带,甚至前往 550 AU 的位置,那里可以考虑太阳引力透镜的聚焦。PPR 实现了太空探索的全新时代。NIAC 第一阶段研究的重点是建造一艘大型重屏蔽飞船,将人类和货物运往火星,以开发火星基地。主要课题包括:评估系统的中子学,设计航天器、动力系统和必要的子系统,分析磁性喷嘴的能力,以及确定 PPR 的轨迹和效益。第二阶段将以这些评估为基础,进一步推进 PPR 概念。第二阶段计划:优化发动机设计,减轻质量,继续提高 Isp对主要组件进行概念验证实验完成人类火星屏蔽任务的飞船设计编译来源:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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核聚变实验已经克服了两个关键障碍 达到“最佳点”  DIII-D托卡马克反应堆内部。图片来源:Rswilcox (CC BY-SA 4.0)目前,人们正在探索的实现核聚变发电的主要途径之一是使用托卡马克反应堆。这是一种“甜甜圈”形状的真空装置,外面环绕着磁线圈。它借助强大的磁场,将等离子体加热到数亿摄氏度的极高温度,甚至比太阳还热,以达到核聚变的目的。人们一直认为存在一个临界点,即格林沃尔德极限。如果试图提高燃料密度,超过这个临界点时,等离子体就会脱离磁场的约束,四散逃逸,从而可能损坏反应堆。而提高密度对提高产量至关重要,因为实验表明,托卡马克反应堆的产量与燃料密度的平方成正比。现在,美国通用原子能公司的Siye Ding和同事证明,有一种方法可以提高等离子体密度,且能够实现高约束稳态运行。利用这种方法,他们成功使DIII-D国家聚变设施托卡马克反应堆在平均密度比格林沃尔德极限高出20%的情况下,运行了2.2秒。虽然之前已经打破了这一“关卡”,但稳定性较差、持续时间较短,而且这次的关键指标是,能量约束增强因子H98(y,2)>1。英国贝尔法斯特女王大学的Gianluca Sarri解释说,H98(y,2)显示了磁场对等离子体的约束程度,数值为1或以上意味着等离子体被成功固定在适当的位置。“如果现在开始表现出某种稳态运行,就可以一直处于最佳状态。”Sarri说,“这次实验是在一台小型设备上完成的,如果把结果推广到更大的设备上,就可以在很长一段时间内提高功率、实现增益。”这次DIII-D实验依赖于多方法融合,这些方法本身并不新鲜,但融合起来似乎很有前景。DIII-D等离子体室的外半径只有1.6米,目前还不知道同样的方法是否适用于国际热核聚变实验反应堆(ITER)。这是法国正在建设的下一代托卡马克,半径将达到6.2米。“这次实验对未来的核聚变发电来说是个好兆头。”Ding说,“许多反应堆设计要求同时具有高约束和高密度。从实验上讲,这是第一次实现这一点。”Ding表示:“下一步耗资巨大,目前研究正在朝着许多不同的方向发展,我希望这篇论文有助于集中全球的努力。”相关论文信息: ... PC版: 手机版:

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