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核火箭之核裂變!人類一直想做到太陽正在做的事!


萬物科學說到核火箭,我們必須要提起核裂變。核裂變是利用原子能量的一種方法。當然,它需要濃縮鈾並產生有毒的放射性廢物。我們知道我們的太陽是一顆...

- 2019年7月05日02時33分
- 科學文摘 / 萬物科學

萬物科學

說到核火箭,我們必須要提起核裂變。核裂變是利用原子能量的一種方法。當然,它需要濃縮鈾並產生有毒的放射性廢物。

我們知道我們的太陽是一顆有50億年歷史的恆星。它含有比氫和氦更重的元素,包括氧、碳、氖和鐵,儘管比例很小。由於太陽巨大的質量和核心溫度,它已經成功地實現了核聚變,但我們這些弱小的人類一直無法實現可持續的、正能量的核聚變。

但是像歐洲ITER這樣的大型實驗有望在未來十年左右的時間裡維持聚變能源。在那之後,你可以想像核聚變反應堆被小型化到它們可以在核火箭中起到和裂變反應堆一樣的作用。即使你不能讓聚變反應堆達到凈能量為正的程度,它們仍然可以為恐怖的質量提供巨大的加速度。


也許我們不需要等上幾十年,普林斯頓等離子體物理實驗室(Princeton Plasma Physics Laboratory)的一個研究小組正在研究一個名為直接聚變驅動(Direct Fusion Drive)的概念。

它是基於2002年由Samuel Cohen開發的普林斯頓場反向結構聚變反應堆。他們講氦-3和氘的熱等離子體包含在磁性容器中。氦-3在地球上非常稀有,而且很有價值,因為它的核聚變反應不會產生與其他聚變或裂變反應堆相同數量的危險輻射或核廢料。

與裂變火箭一樣,聚變火箭將推進劑加熱到高溫,然後將其從尾部爆炸,產生推力。它的工作原理是把一堆線性磁鐵排列起來,這些磁鐵包含並旋轉非常熱的等離子體。等離子體周圍的天線被調諧到離子的特定頻率,並在等離子體中產生電流。它們的能量將被激發到原子融合的程度,隨後釋放出新的粒子。這些粒子在安全殼內遊蕩,直到被磁力線捕獲,並在火箭尾部加速。

理論上,聚變火箭每兆瓦能提供2.5到5牛頓的推力,比沖為1萬秒,裂變火箭的推力為850牛頓,化學火箭的推力則為450牛頓。它還將為遠離太陽的宇宙飛船提供電能,因為太陽電池板效率不高。而化學火箭的最高速度增量約為10km/s。採用氫氣作為工質的核熱火箭比沖可達1000s以上,其速度增量大於22km/s,超過了第三宇宙速度(16.7km/s)

可廣泛用於將來的空間任務,包括太陽系內的空間任務和星際間的空間任務。


因此核聚變驅動將能夠在2年內完成10噸的土星任務,或者在4年內完成1噸的從地球到冥王星的宇宙飛船任務。

由於它也是一個1兆瓦的聚變反應堆,它也將為飛船到達時的所有儀器提供電力,遠遠超過目前像旅行者號和新視野號這樣的深空任務所攜帶的核電池。

想像一下,有了這項技術,什麼樣的星際任務還不能實現?你說呢?


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