Foton motor

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2021. július 14-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 7 szerkesztést igényelnek .

Fotonmotor  – egy feltételezett rakétamotor , ahol az energiaforrás egy fényt kibocsátó test . A foton impulzussal rendelkezik , és ennek megfelelően, amikor kiáramlik a motorból , a fény sugárhajtást hoz létre . Elméletileg egy fotonmotor képes a lehető legnagyobb tolóerőt kifejleszteni egy sugárhajtómű számára az űrhajó kiégett tömege szempontjából, ami lehetővé teszi a fénysebességhez közeli sebesség elérését , de az ilyen hajtóművek gyakorlati fejlesztése nyilvánvalóan kérdés. a távoli jövőről.

Megsemmisítési fotonmotor

A tudományos-fantasztikus irodalom leggyakrabban megvitatott és hivatkozott ötlete egy ilyen motor antianyag felhasználásával történő felépítésének ötlete . A rajongók úgy vélik, hogy az anyag és az antianyag kölcsönhatása lehetővé teszi, hogy a reakcióba lépő tömeg szinte teljes mennyiségét sugárzássá alakítsák .

A kipufogósebességű foton rakéta esetében a Ciolkovszkij-képlet a következő:

A foton rakéta sebességét a következő képlettel számítjuk ki:


Mindazonáltal meg kell jegyezni, hogy az irodalomban elterjedt „ gamma kvantumok szabadulnak fel a megsemmisülés során” megfogalmazás elvileg fizikailag hibás. Gamma sugarak közvetlenül csak az elektron-pozitron annihiláció során bocsátódnak ki [1] . Egy nyugvó (nem relativisztikus) proton-antiproton pár megsemmisülése esetén összetett láncreakció megy végbe: egy (gyakran) hadronikus mezoatom keletkezik , amelynek élettartama körülbelül 10 −27 másodperc, majd ennek az atomnak a bomlása ( maga a megsemmisülés ) 2-12 (átlagosan 5-7) semleges (1/3) és töltött (2/3) pi-mezonból (pionból) álló pionkomplex képződésével, majd kb . 17 másodperc alatt a semleges pionok gamma-kvantumok felszabadulásával bomlanak le körülbelül 70 MeV-os spektrumú energiacsúccsal, míg a töltött pionok, amelyek élettartama jóval hosszabb, akár ~1,5 × 10-4 másodpercig, a közel fénysebesség a reakciótartományból (vákuumban és ritkított anyagokban, például grafitban  - körülbelül 0,1-0,2 m), majd müonok képződésével bomlik le, amelyek viszont (főleg 99,998%, a bomlási csatorna) neutrínókká és elektronokká bomlanak. .

Így az antianyag - azaz egy antiprotonokból és pozitronokból álló anyag - megsemmisítése során  az energia körülbelül 1/3-a 511 keV fotonenergiájú kemény gamma-sugárzás formájában szabadul fel (pozitron-elektron annihilációból ). és 70 MeV semleges pionok bomlásából, az energia ~ 1/3-a kellően hosszú hatótávolságú töltött részecskék formájában van, és ~1/3-a neutrínó formájában , vagyis helyrehozhatatlanul elvész. . És egy „igazi” antianyag rakétamotornak inkább mágneses csapdának kell kinéznie a töltött részecskék számára, nem pedig egyfajta „tükörnek”.

Ilyen alacsony tömegmegtérülés mellett, körülbelül 23% [2] , a fotonmotor üzemeltetése kevésbé jövedelmezővé válik. Hatékonyságának jelentős növelése lehetővé teszi külső erőforrások felhasználását . A közvetlen áramlású annihilációs fotonmotor és a csillagközi közegben szórt hidrogént és héliumot összegyűjtő mágneses csapdák lehetővé teszik a működő anyag tartalékainak jelentős csökkentését. Sajnos az antianyag mennyisége a csillagközi közegben nagyon kicsi - nagyságrendileg egy atom antihidrogén vagy antihélium per 5 × 10 6 közönséges hidrogénatom, ami lehetetlenné teszi ennek a külső erőforrásnak a felhasználását. Ezért a nagy tömegű antianyag megszerzésének és a fedélzeten való tárolásának problémája továbbra is releváns a közvetlen áramlású annihilációs fotonmotorok esetében. [3]

Technikai problémák

A fotonikus sugárhajtómű ötlete jelenlegi állapotában nagyon távol áll a műszaki megvalósítástól. Számos olyan problémát tartalmaz, amelyeket ma még elméletileg sem lehet megoldani. Azt:

  1. A nagy mennyiségű antianyag megszerzésének problémája .
  2. tárolási probléma.
  3. Az „égetés” során a teljes használat problémája a teljes megsemmisülés , és főleg pontosan fotonok felszabadulásával .
  4. A gamma-sugárzást és más megsemmisítési termékeket nagyon jól tükröző "tükör" létrehozásának problémája .

Fotonmotor mágneses monopólusokon

Ha a Grand Unified Theories egyes változatai érvényesek , mint például a 't Hooft-Polyakov modell , akkor lehetséges olyan fotonmotort építeni, amely nem használ antianyagot, mivel egy mágneses monopólus feltételezhetően katalizálhatja a proton bomlását [4 ] [5] egy pozitronba és egy π 0 mezonba :

π 0 gyorsan 2 fotonra bomlik, és a pozitron egy elektronnal megsemmisül, ennek eredményeként a hidrogénatom 4 fotonná alakul, és csak a tükör probléma marad megoldatlan.

Ugyanakkor a mágneses monopólusok hiányoznak a Grand Unifikáció legtöbb modern elméletéből, ami megkérdőjelezi ezt a vonzó elképzelést.

Említések a sci-fiben

A fotonhajtás a valóságban

Az egyik hipotézis szerint a Pioneer-10 és Pioneer-11 űrrepülőgépek rendellenes gyorsulását az űrhajó hősugárzásának anizotrópiája okozza . Ha igen, akkor a fotonmotorhoz hasonló hatást rögzítenek így. Hasonlóan a Föld gravitációs mezejének paramétereinek a LAGEOS geofizikai műholdak röppályái alapján történő meghatározásakor a napfény nyomása ( szoláris vitorla ) és a műholdak hősugárzásának anizotrópiája is szerepel a számításokban.

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ Ha a gyenge kölcsönhatást nem vesszük figyelembe. Ezt figyelembe véve nem csak gamma-kvantumok lesznek. A müonok és a tau közvetlenül is megsemmisülhetnek gamma-sugarakká .
  2. ↑ V. Burdakov, Yu. Danilov – A jövő rakétái. — M.: Atomizdat , 1980. p. 138.
  3. ↑ V. Burdakov, Yu. Danilov – A jövő rakétái. — M.: Atomizdat , 1980. p. 137-145.
  4. ↑ Curtis G. Callan, Jr. Dyon-fermion dynamics  (angol)  // Phys. Fordulat. D  : napló. - 1982. - 1. évf. 26 , sz. 8 . - P. 2058-2068 . - doi : 10.1103/PhysRevD.26.2058 .
  5. ↑ BV Sreekantan. Protonbomlás és szupernehéz mágneses monopólusok keresése  //  Journal of Astrophysics and Astronomy : folyóirat. - 1984. - 1. évf. 5 . - P. 251-271 . - doi : 10.1007/BF02714542 . - . Az eredetiből archiválva : 2015. szeptember 24.
  6. ↑ I. A. Efremov "The Andromeda Nebula" Archív másolat 2012. március 23-án a Wayback Machine -nél .

Linkek