Удельный импульс фотонного двигателя

Показываю на всеобщее растерзание то, что у меня получилось.
404
Получено общее уравнение удельного импульса фотонного двигателя (электрон + позитрон) для зеркала произвольной формы.

Готовлю на рассмотрение частные случаи (плоское, коническое и др. зеркала), но сначала хотелось бы проверить основу.

Спасибо.
В следующий раз сначала выставлю на рассмотрение список допущений. Чтобы не плодить "сфероконей".

Жалко, что представленный случай не может иметь места даже теоретически.

Татарин, можно еще вопрос?
Допустим у нас есть двигатель, работающий на воде и антиводе.
Продукты реакции протонов и антипротонов:
"пион+" и "пион -" направляются магнитным полем.
нейтральный пион почти сразу распадается на гамма-кванты (если не ошибаюсь)
Чтобы предотвратить облучение корабля гамма квантами от электрон-позитронной реакции и распада нейтральных пионов, ставим щит. Не будет ли он работать как зеркало с коэффициентом отражения 0?
И еще, что будет происходить с нейтронами и антинейтронами? Нигде не могу найти информацию.

FILAS>> Чтобы предотвратить облучение корабля гамма квантами от электрон-позитронной реакции и распада нейтральных пионов, ставим щит. Не будет ли он работать как зеркало с коэффициентом отражения 0?
Татарин> То есть - поглотитель, который полностью примет импульс?
Татарин> Будет, конечно.

Только он будет аблировать от этого, как наружная оболочка двухстадийной ТЯ бомбы. И абляция будет создавать тягу на пару порядков большую, чем световое излучение, с УИ на пару порядков меньшим.

А характерная скорость разлёта аблирующего материала в этих условиях - сотни (до одной тысячи км/с), вместо 300 тысяч км/с для света.

Я бы назвал это ГИБРИДНЫМ аннигиляционным двигателем. Вещество находится в твердом состоянии в виде щита. Антивещество "АВ" (газ?) подается в абляционную струю. Коэффициент избытка "АВ" <1.
Кстати, щит будет греться по всей толщине, т.е. абляции не будет, будет взрыв. Может быть попробовать комптон-эффект? Куда там будет "отражаться" фотон?

Кажется, Мы отвлеклись.
Когда я делал расчет, я сознательно абстрагировался от каких-либо конструкционных решений. Я понимаю, что тяга создаваемая электрон-позитронной реакцией будет ничтожна даже относительно реакции нуклонов (порядка на три), не говоря уже о побочных явлениях (абляция). Но надо же с чего-то начинать?

Вопрос у меня возник по поводу самого расчета. И Татарин указал на неправильное допущение об угле отражения. Теперь я и не знаю что делать дальше. Уже имеются результаты для плоского зеркала (макс УИ 0,5с для идеально отражающего и 0,25 с для поглощающего зеркала) и конического (0,853с и 0,426 с соответственно).

А что если ориентироваться на не отражение, а только на поглощение? Будет взрыв или нет — вопрос преждевременный, т.к. ни слова о материалах не было сказано. А может там плазма в магнитном сосуде будет поглощать всё это — что ей сделается-то? Много, достаточно плазмы, чтобы всё поглощалось как надо.

FILAS> Кстати, щит будет греться по всей толщине, т.е. абляции не будет, будет взрыв. Может быть попробовать комптон-эффект? Куда там будет "отражаться" фотон?

Щит будет греться, конечно, по всей толщине, но тепловыделение будет спадать экспоненциально. Для 546 кэВ и, скажем, вольфрама, проникновение - единицы сантиметров.

Подведу для себя некоторые итоги.
1. Мат. аппарат пригоден для расчета поглощающего зеркала (щита). Стоит довести работу по частным случаям до конца.
2. Коэффициент отражения можно оставить "для обобщения", но добавить соответствующий комментарий.
3. Подсчитать УИ излучающего зеркала. (Сразу вопрос Татарину. Как будет излучать нагретое зеркало. Нормально к поверхности или нет? )

избыток энергии скидываем излучением через попу (и только попу) при достаточно низкой температуре

 

достигается установкой за щитом (между щитом и кораблем) хорошего отражателя, возвращающего тепловое излучение в щит.

можно облучать позитронами плазму в магнитной ловушке , нагревая её до 10-20 000 гр.С - основное излучение будет в УФ для которого намного проще сделать отражатель чем для рентгена ....

Существует такая находка , как косое многослойное зеркало с малыми , (порядка 1 градуса) углами падения света на него.
Такое зеркало может работать и при энергии кванта 500 кэв.
В России было изобретение , фокусирующего устройства для рентгеновских лучей. Это пучёк тонких стеклянных капилляров , посеребрённых внутри.
На торец капилляров падает жесткое рентгеновское излучение от ускорителя , и лучи очень плавно поворачивают внутри капилляра , фокусируясь. Поглощения , при малых , углах почти не происходит.

Второй вариант реализации фотонного отражателя - еще проще.
Известно , что при энергии электрона или позитрона свыше 1 МЭВ , результирующее излучение имеет большую неравновесность в пространстве.
Т.е. в сторону движения аннигилирующей пары излучается подавляющее количество гамма квантов , и чем выше энергия электронов-позитронов , тем сильнее направлено излучение.
Выглядеть электрон -позитронный аннигилятор будет , как два тороидальных ускорителя (бетатрона , или т.п.) Один для позитронов , другой для электронов. В точке касания пучки пересекаются и происходит аннигиляция в движении. Прореагировавшие частицы - превращаются в гамма-кванты направленные преимущественно по ходу частиц , а непрореагировавшие частицы увлекаются ЭМ полем на следующий круг.
Заодно это и способ зранения электронов и позитронов в магнитной тороидальной ловушке.

Как упростить схему из двух ловушек ?
Выкинем тороидальный накопитель для электронов , а позитроны с энергией 10-100 МЭВ будем в одном из сечений пропускать сквозь разряженную плазму. Тогда в плазме будут рождаться гамма-кванты , направленные исключительно по вектору скорости позитронов.

А теперь выбросим позитроны и накопим в магнитной ловушке ионы урана , разогнанные до скорости 100-1000Мэв . Всякий раз при пролёте сквозь сечение с плазмой ионы будут отдавать часть энергии в виде жёсткого , направленного излучения. Энергоёмкость ионов урана окажется даже выше , чем у пары антивещество-вещество.
Нужен только магнитный ускоритель большого диаметра

Татарин> Отсюда - ограничение на
Татарин> — импульс фотона АЧТ порядка: p=hv/c ~= 1.6E-19/3E8 = 5E-27кг*м/с;
Татарин> — количество фотонов - 1Е6Вт/м2 / 1.6E-19Дж ~= 5E25 штук/м2*с;
Татарин> Соответственно - на тягу (с учетом изотропности излучения).
Татарин> С другой стороны мы не можем иметь массу щита менее чем нескольких сот килограмм/единиц тонн на квадратный метр, потому что иначе щит не будет выполнять свою задачу.
Татарин> Это дает весьма жесткое ограничение на максимальное ускорение корабля. :\
Отсюда вывод - аннигиляционный фотонный двигатель невозможен/бессмыслен. Гораздо перспективней ТЯ на безнейтронном цикле, когда можно отклонять заряженные частицы магнитным полем.
А антипротоны можно использовать, при их наличии, для катализа ТЯ в плохих условиях открытой ловушки.

Другой вариант - создание гамма-лазера с накачкой антипротонами. Придумайте такую штуку... Тогда зеркало, вообще говоря, не понадобится...
А щит в этом случае может быть сравнительно компактным. Протяжённым, чтоб можно было его стационарно охлаждать, но не слишком большим (миллирадианы)
На самом деле, при создании гамма-лазера с накачкой антипротонами оптимальная форма звездолёта начнёт напоминать незабвенную "Зарю" из детского фильма... Т.е. двустволка, чтоб обитаемые отсеки не находились на оси пучка, пусть даже экранированного/рассеянного, бублик для создания искусственной тяжести в жилых отсеках и т.д.

А почему именно ко мне?

 

А к кому же еще?

Как абсолютно черное тело - изотропно.

 

Берем минимальную площадь зеркала dS и считаем, что излучение равномерно расходится во все стороны и внутрь тоже? Я правильно понимаю?

Это дает весьма жесткое ограничение на максимальное ускорение корабля. :\

 

Это, конечно, плохо. Но я сначала хочу поработать с теоретическими основами.

RSR13> Существует такая находка , как косое многослойное зеркало с малыми , (порядка 1 градуса) углами падения света на него.
RSR13> Такое зеркало может работать и при энергии кванта 500 кэв.
RSR13> В России было изобретение , фокусирующего устройства для рентгеновских лучей. Это пучёк тонких стеклянных капилляров , посеребрённых внутри.
RSR13> На торец капилляров падает жесткое рентгеновское излучение от ускорителя , и лучи очень плавно поворачивают внутри капилляра , фокусируясь. Поглощения , при малых , углах почти не происходит.
Угу. "Почти" - это хорошо.
Но ключевой момент иной: существует принципиальное ограничение на КПД с которым можно ввести излучение в подобный световод, как раз из-за требования малости углов (для 500кэВ углы будут особенно малы ). Допустим, мы имеем торец световода направленный на точечный источник рентгена, который находится на конечном расстоянии L. Тогда угол входа лучей в световод будет изменяться от 0 к нормали до радиус_световода/L. Очевидно, радиус должен быть достаточно мал, чтобы мал был угол. То есть, световод должен быть достаточно тонкий.
Но стенка световода - конечной толщины (минимум - атом), и при уменьшении радиуса у нас падает отношение площади стенок к полезной, "воспринимающей" площади... И чем меньше угол... чем ближе точечный источник, чем больше энергия кванта, тем будет хуже.
А у нас...

Впрочем, все это не имеет особого значения. Чем выше энергия кванта, тем больше применимо приближение свободных электронов и тем больше рулит простой советский комптон. Сдается мне, что для 500кэВ он зарулит этот принцип насмерть, и потерянные кванты победят доставлнные с форой во многие порядки...


RSR13> Второй вариант реализации фотонного отражателя - еще проще.
RSR13> Известно , что при энергии электрона или позитрона свыше 1 МЭВ , результирующее излучение имеет большую неравновесность в пространстве.
RSR13> Т.е. в сторону движения аннигилирующей пары излучается подавляющее количество гамма квантов , и чем выше энергия электронов-позитронов , тем сильнее направлено излучение.

Причем, что характерно, в сторону направления движения уносится именно и только имульс движущейся пары, а в системе отсчета связанной с парой кванты аннигиляции разлетаются строго под углом 180.

Предлагаю ракету на антивеществе: сверхнавороченная система удерживает сопло из антистали, из которого вылетают сгоревшие антиводород и антикислород. УИ - около 400. Но - на антивеществе, однако.

FILAS> Берем минимальную площадь зеркала dS и считаем, что излучение равномерно расходится во все стороны и внутрь тоже? Я правильно понимаю?
Совершенно верно.
Только то, что "вовнутрь" - можно не учитывать.

ОК. Пусть будет комптон.
Насколько я понимаю, для этого нужно создать и удерживать облако свободных электронов (электронное зеркало). Комптон рассеяние тоже изотропно?

А зачем все эти сложности?

Если уж есть способ хранить антивещество, то почему бы просто не зделать "аннигиляционный нагреватель" или установку вроде того же термоядерного реактора.
Потом полученную энергию преобразовать обычным способом в обычный свет.
КПД будет не особо высоким, но не будет всех этих "ужасов отражения жесткого излучения".

Весь этот тюнинг описываемый в данном топике необходим для получения высокого Иу с целью достигнуть релятивистских скоростей для межзвездных перелетов. Так? тогда надо решать проблему в комплексе, и при этом решении сразу возникает два вопроса - а КАК? и ЗАЧЕМ?
КАК - имеется ввиду экранирование от встречного жесткого излучения -ведь в этом случа межзвездный газ превращается в сверхжесткое излучение.
ЗАЧЕМ? - вопрос еще более интересный Ведь при перелетах с субсветовыси скоростями будет удовлетворенно лишь любопытство самих астронавтов, но ни как не землян А оно надо?

БЕЗ Нуль-Т, в той или иной форме, межзвездные перелеты ..мнээээ...несостоятся.

Ник

Wyvern-2

КАК - имеется ввиду экранирование от встречного жесткого излучения -ведь в этом случа межзвездный газ превращается в сверхжесткое излучение.

 

Это как раз относительно несложно. Берем достаточно сильное магнитное поле - и вуаля, ведь практически все частицы отнюдь не нейтральны.

Насколько я помню, утверждается что межзвездный газ в основном как раз нейтрален... И является "темным веществом" вселенной. А еще пыль есть... тоже межзвездная.