Меню Главная Случайная статья Настройки Фотонный двигатель Материал из https://ru.wikipedia.org Фотонный двигатель — гипотетический ракетный двигатель, где источником энергии служит тело, которое излучает свет. Фотон имеет импульс, и, соответственно, при истекании из двигателя, свет создаёт реактивную тягу. Теоретически фотонный двигатель может развить максимально возможную для реактивного двигателя тягу в пересчёте на затраченную массу космического аппарата, позволяя достигать скоростей, близких к скорости света, однако практическая разработка таких двигателей, судя по всему, дело далёкого будущего. Содержание 1 Аннигиляционный фотонный двигатель 1.1 Технические проблемы 2 Фотонный двигатель на магнитных монополях 3 Упоминания в научной фантастике 4 Фотонный двигатель в реальности 5 См. также 6 Примечания 7 Ссылки Аннигиляционный фотонный двигатель Чаще всего обсуждаются и упоминаются в научно-фантастической литературе идеи создания такого двигателя с использованием антивещества. Энтузиасты считают, что взаимодействие вещества и антивещества позволяет перевести практически всю вступающую в реакции массу в излучение. Для фотонной ракеты со скоростью истечения ${\displaystyle I=c}$ Формула Циолковского имеет вид: ${\displaystyle {\frac {M_{1}}{M_{2}}}={\sqrt {\frac {1+{\frac {V}{c}}}{1-{\frac {V}{c}}}}}.}$ Скорость фотонной ракеты вычисляется по формуле: ${\displaystyle {\frac {V}{c}}={\frac {1-\left({\frac {M_{2}}{M_{1}}}\right)^{2}}{1+\left({\frac {M_{2}}{M_{1}}}\right)^{2}}}.}$ Тем не менее, распространённая в литературе формулировка «при аннигиляции выделяются гамма-кванты» в принципе физически неверна. Гамма-кванты прямо выделяются только при электрон-позитронной аннигиляции[1]. В случае аннигиляции покоящейся (не релятивистской) пары протон-антипротон происходит сложно-цепочечная реакция: образование (часто) адронного мезоатома со временем жизни порядка 1027 секунды, затем распад этого атома (собственно аннигиляция) с образованием пионного комплекса, состоящего из 2—12 (в среднем 5—7) нейтральных (1/3) и заряженных (2/3) пи-мезонов (пионов), затем за время порядка 1017 секунды нейтральные пионы распадаются с выделением гамма-квантов с пиком энергии в спектре около 70 МэВ, в то время, как заряженные пионы, имеющие значительно большее время жизни, до ~1,5104 секунды, удаляются с околосветовыми скоростями из области реакции (в вакууме и разреженной среде — до 20—40 м, в плотном веществе, например, графите — порядка 0,1—0,2 м) и затем распадаются с образованием мюонов, в свою очередь распадающихся (в основном, 99,998 %, канале распада) на нейтрино и электроны. Таким образом, при аннигиляции антивещества — то есть вещества, состоящего из антипротонов и позитронов, примерно 1/3 энергии выделится в виде жёсткого гамма-излучения с энергией квантов 511 кэВ (от позитронно-электронной аннигиляции) и 70 МэВ от распада нейтральных пионов, ~1/3 энергии — в виде заряженных частиц с достаточно большим пробегом, а ~1/3 — в виде нейтрино, то есть безвозвратно будет потеряна. И «реальный» ракетный двигатель на антиматерии скорее должен выглядеть, как магнитная ловушка для заряженных частиц, а не как некое «зеркало». При такой невысокой массовой отдаче, порядка 23 %[2], эксплуатация фотонного двигателя становится менее выгодной. Значительно повысить его эффективность позволяет использование внешних ресурсов. Прямоточный аннигиляционный фотонный двигатель и магнитные ловушки, собирающие рассеянный в межзвёздной среде водород и гелий, дают возможность существенно уменьшить запасы рабочего вещества. Количество антивещества в межзвёздной среде очень мало — порядка одного атома антиводорода или антигелия на 5106 атомов обычного водорода, что делает невозможным использовать этот внешний ресурс. Поэтому проблема получения большой массы антивещества и его хранения на борту остаётся актуальной и для прямоточного аннигиляционного фотонного двигателя[3]. Технические проблемы В сегодняшнем состоянии идея фотонного реактивного двигателя чрезвычайно далека от её технического воплощения. Она содержит ряд проблем, которые сейчас даже теоретически не могут быть решены. Это: Проблема получения большого количества антивещества. Проблема его хранения. Проблема полного использования при «сжигании» — чтобы аннигиляция происходила полностью, и в основном с выделением именно фотонов. Проблема создания «зеркала», способного очень хорошо отражать гамма-излучение и другие продукты аннигиляции. Фотонный двигатель на магнитных монополях Если справедливы некоторые варианты теорий Великого объединения, такие как модель Хофта — Полякова, то можно построить фотонный двигатель, не использующий антивещество, так как магнитный монополь гипотетически может катализировать распад протона[4][5] на позитрон и 0-мезон: ${\displaystyle p\rightarrow e^{+}+\pi ^{0}}$ 0 быстро распадается на 2 фотона, а позитрон аннигилирует с электроном, в итоге атом водорода превращается в 4 фотона, и нерешённой остаётся только проблема зеркала. В то же время в большинстве современных теорий Великого объединения магнитные монополи отсутствуют, что ставит под сомнение эту привлекательную идею. Упоминания в научной фантастике