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美国航空航天局(NASA)兰利研究中心科学家提出硼聚变推进器新概念
作者:科技日报 编译 刘霞 | 2011/7/3 9:21:40 | 浏览:1234 | 评论:0

据美国电气和电子工程师协会(IEEE)出版的《IEEE波谱》杂志6月30日(北京时间)报道,为以更加经济环保可行的方式发射卫星或宇宙飞船,美国科学家最近提出了一种新想法:无中子硼聚变推进。该推进器不从氘和氚而从硼燃料中获取能量,其产生推力的效率是现有最好推进器的40多倍,且更易于管理。

  据该概念的提出者、美国航空航天局(NASA)兰利研究中心的物理学家、电子工程师约翰·契布曼介绍,以氘氚为材料的核聚变反应会产生大量中子,这些中子冲击核反应堆壁时会产生放射性同位素。而硼发生聚变时,产生的中子能不超过总输出能量的1%——这种聚变被称为无中子聚变,其能减小中子辐射带来的各种问题,同时极大地降低生物防护、远距离控制及安全等方面的要求。

  在契布曼的无中子聚变反应堆内,一个经济可行的激光器将开启该反应,一束能量强度为2×1018瓦特/平方厘米、脉冲频率为75兆赫、波长介于1微米到10微米之间的光束朝一个双层的、直径为20厘米的目标射击。

  该双层目标的第一层是一个厚度为5微米到10微米的导电金属线圈,其能对该激光脉冲制造出的电场做出反应。该电场会如天女散花般从线圈中释放出很多高能电子,留下大量带正电的质子。结果是,质子之间产生巨大的自我推力,导致金属材料爆炸,爆炸使质子在该目标的第二层—硼-11薄层方向上加速前进。

  在第二层上,复杂的核反应开始进行。质子(携带大约163千电子伏能量)冲击硼核,成为受激的碳核。每个碳核立刻衰变为一个氦-4核(α粒子)和一个铍核。铍核也会立刻衰变,分解成另外两个α粒子。于是,每一对相互作用的质子-硼对产生3个动能为2.9兆电子伏特的α粒子。

  据契布曼计算,每束激光脉冲能产生约10万个粒子,这种推进器的效率非常高,经改进后效率可达到现有最好离子推进系统的40多倍。

  契布曼指出,这种无中子聚变技术使用的硼,储量丰富。另外,这种推进方法产生的部分能量可被转化为电力为宇宙飞船上的控制系统所用。他说:“一个反向调速管能将粒子流出的大部分动能捕捉起来并有效地转化为电能,转化率高达60%到70%。”

  不过,契布曼也承认,这种想法应用于实践还需要10年左右来解决一些问题,比如,如何找到控制粒子路径的更好方法,减少α粒子撞击排气口墙壁产生的能量损失。

  总编辑圈点

  从传统的化学推进到新型的电推进,进而研制出离子推进系统,航天推进技术的发展可谓日新月异。而文中提及的无中子硼聚变推进技术,更是颠覆了从氘和氚中获取能量的现行“规则”,听起来似乎是“天方夜谭”,毕竟要将这种想法付诸实践,还有很多需要解决的问题。10年的时间有些漫长,但说到40多倍于现有最好离子推进系统的效率,加之硼的储量十分丰富,这种新技术或许也值得我们期待。

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