Инженеры и ученые, проектирующие современные космические аппараты используют в своих разработках традиционные, не раз проверенные временем, реактивные двигатели. Но выполняя даже несложные маневры, такие как коррекция орбиты космического аппарата, реактивные двигатели расходуют достаточно большое количество топлива. Пытаясь решить проблему космических полетов на большие расстояния, один из инженеров НАСА нашел совершенно новый способ, с помощью которого можно послать космические аппараты на большие расстояния, используя всего несколько грамм топлива, что в десятки раз эффективней, чем современные реактивные двигатели.

Ключевым моментом новой технологии, согласно заявлению изобретателя, является ядерный синтез. Ядерный синтез? Звучит весьма неправдоподобно, но изобретатель представил убедительные доказательства работоспособности своего детища на Симпозиуме IEEE по разработкам в области ядерного синтеза (IEEE Symposium on Fusion Engineering), состоявшемся в Чикаго.

Ядерный синтез в традиционном его понимании, использует в качестве топлива дейтерий и тритий, но в новом космическом двигателе топливом будет являться бор. Использование бора в качестве топлива имеет несколько ключевых преимуществ перед обычным термоядерным синтезом. Реакцией синтеза, в которой нейтроны составляют менее 1 процента переносящих энергию частиц, управлять гораздо легче. "Использование нейтронов является проблематичным из-за трудностей, связанных с управлением реакцией термоядерного синтеза" - утверждает Джон Дж. Чепмен (John J. Chapman), изобретатель двигателя, инженер и физик из Исследовательского центра Лэнгли НАСА в Вирджинии. - "Используя нейтроны, вы нуждаетесь с абсорбирующей стене, которая преобразует кинетическую энергию частиц в тепловую энергию. В действительности, двигатели на основе обычного термоядерного синтеза являются необычными тепловыми двигателями со всеми вытекающими отсюда потерями и ограничениями".





В схеме реактора ядерного синтеза Чепмена инициатором реакции является мощный лазер, который, благодаря развитию технологий, уже доступен для применения в такой области. Луч лазера, с энергией 2х10^18 Ватт на квадратный сантиметр, частотой импульсов 75 МГц и длиной волны от 1 до 10 микрометров, бьет в двухслойную мишень, диаметром 20 сантиметров.

Первый слой - слой металлической токопроводящей фольги, толщиной от 5 до 10 микрометров. Этот слой отвечает за генерацию электрического поля, напряженностью теравольт на метр, создаваемого за счет энергии луча лазера, "действующего как своеобразный ускоритель протонов" - говорит Чепмен. Сильное электрическое поле заставляет отделиться от фольги "ливень" из высокоэнергетических электронов, обуславливая появление на фольге положительного электрического заряда огромного значения. В результате, между протонами возникают огромные отталкивающие силы, которые заставляют металлический материал буквально взрываться, выбрасывая облако протонов в направлении второго слоя из пленки бора.



Вот где и начинается сложный "ядерный" танец. Протоны, которые несут энергию около 163 килоэлектронвольт, взаимодействуют с ядром бора, создавая ядро углерода. Это ядро углерода немедленно распадается, испуская альфа-частицу и превращаясь в ядро бериллия. Ядро бериллия так же распадается, испуская две альфа-частицы. Таким образом, каждое ядро бора, вступившее в реакцию, испускает три альфа-частицы, имеющие кинетическую энергию 2.9 МэВ каждая.

Электромагнитные силы толкают двигатель и альфа-частицы в противоположных направлениях. Альфа-частицы покидают пределы двигателя через сопло, обеспечивая тягу. Каждый лазерный импульс может произвести около 100 тысяч альфа-частиц, делая такой метод чрезвычайно эффективным, в 40 раз превышая эффективность самых совершенных современных ионных двигательных установок. С помощью бора можно получить 300 мегаватт энергии на один моль (11 грамм) вещества. Если вместо бора использовать в качестве топлива гелий-3, то можно добиться показателя 493 МВт на моль вещества. Но запасы гелия-3 на Земле весьма ограничены, а бор - это широко распространенный материал.

Источник