فیزیکدان PPPL ، فاطیما ابراهیمی در مقابل تصور یک هنرمند از موشک همجوشی

فیزیکدان PPPL ، فاطیما ابراهیمی در مقابل تصور یک هنرمند از موشک همجوشی

نوع جدیدی از موشک انداز راکت که می تواند بشریت را به مریخ و فراتر از آن برساند توسط یک فیزیکدان در آزمایشگاه فیزیک پلاسمای پرینستون وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) (PPPL) پیشنهاد شده است.

این دستگاه زمینه های مغناطیسی را برای ایجاد ذرات پلاسما (پیوند خارجی است) ، گاز دارای بار الکتریکی که به عنوان حالت چهارم ماده نیز شناخته می شود ، برای شلیک پشت موشک اعمال می کند و به دلیل حفظ شتاب ، صنعت را به جلو هدایت می کند. . رانشگرهای پلاسمائی موجود در فضا از میدانهای الکتریکی برای پیشبرد ذرات استفاده می کنند.

مفهوم جدید با استفاده از اتصال مجدد مغناطیسی ، فرآیندی را که در سراسر جهان از جمله سطح خورشید یافت می شود ، در آن خطوط میدان مغناطیسی همگرا می شوند ، ناگهان جدا می شوند و سپس دوباره به هم می پیوندند و انرژی زیادی تولید می کنند ، ذرات را تسریع می کند. اتصال مجدد همچنین در داخل دستگاه های همجوشی شکل دونات (پیوند خارجی است) رخ می دهد که به عنوان توکاماک شناخته می شود (پیوند خارجی است).

فاطیما ابراهیمی ، فیزیکدان اصلی تحقیقات PPPL ، فاطیما ابراهیمی ، فیزیکدان اصلی تحقیقات PPPL ، گفت: "من مدتی این مفهوم را طبخ کرده ام ،" مخترع این مفهوم و نویسنده مقاله (پیوند خارجی است) در مورد جزئیات ایده در مجله فیزیک پلاسما. "من ایده را در سال 2017 داشتم وقتی روی یک عرشه نشسته بودم و به شباهت بین اگزوز ماشین و ذرات اگزوز با سرعت بالا ایجاد شده توسط آزمایش ملی کره کروی (NSTX) PPPL" فکر می کردم ، "پیشرو تاسیسات همجوشی پرچمدار فعلی آزمایشگاه. "در طول کار ، این توکاماک حبابهای مغناطیسی به نام پلاسموئیدها تولید می کند که با سرعت 20 کیلومتر در ثانیه حرکت می کنند ، که به نظر من شبیه رانش است."

همجوشی ، نیرویی که خورشید و ستارگان را به حرکت در می آورد ، عناصر نوری را به صورت پلاسما - حالت داغ و شارژ ماده متشکل از الکترونهای آزاد و هسته های اتمی که 99٪ جهان مرئی را نشان می دهد - ترکیب می کند و مقادیر زیادی انرژی تولید می کند. دانشمندان به دنبال تکرار همجوشی در زمین برای یک منبع تقریباً تمام نشدنی برق برای تولید برق هستند.

رانشگرهای فعلی پلاسما که از میدانهای الکتریکی برای پیشبرد ذرات استفاده می کنند فقط می توانند یک ضربه خاص یا سرعت کم تولید کنند. اما شبیه سازی های رایانه ای انجام شده بر روی رایانه های PPPL و مرکز ملی محاسبات علمی تحقیقات انرژی ملی ، یک تاسیسات کاربری دفتر علوم DOE در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی در برکلی ، کالیفرنیا ، نشان داد که مفهوم جدید راننده پلاسما می تواند با سرعت صدها کیلومتر در هر یک اگزوز تولید کند. دوم ، 10 برابر سریعتر از راننده های دیگر.

ابراهیمی گفت: این سرعت بیشتر در ابتدای سفر یک فضاپیما می تواند سیارات بیرونی را در دسترس فضانوردان قرار دهد. وی گفت: "مسافرت های طولانی مدت ماه ها یا سالها به طول می انجامد زیرا انگیزه خاص موتورهای موشک شیمیایی بسیار کم است ، بنابراین سرعت کار باید مدتی طول بکشد." "اما اگر ما بر اساس اتصال مجدد مغناطیسی رانشگر بسازیم ، می توانیم مأموریت های مسافت طولانی را در مدت زمان کمتری به اتمام برسانیم."

سه تفاوت اصلی بین مفهوم راننده ابراهیمی و سایر دستگاه ها وجود دارد. اولین مورد این است که تغییر قدرت میدان های مغناطیسی می تواند میزان رانش را کم یا زیاد کند. ابراهیمی گفت: "با استفاده از آهنرباهای الکتریکی بیشتر و میدان های مغناطیسی بیشتر ، می توانید یک دکمه را بچرخانید تا سرعت را تنظیم کنید."

دوم ، راننده جدید با بیرون انداختن ذرات پلاسما و حباب های مغناطیسی معروف به پلاسموئیدها ، حرکت ایجاد می کند. پلاسمیدها به پیشرانه نیرو می افزایند و هیچ مفهوم راننده دیگری آنها را ترکیب نمی کند.

سوم ، برخلاف مفاهیم فعلی راننده که به میدانهای الکتریکی متکی هستند ، میدانهای مغناطیسی موجود در مفهوم ابراهیمی به پلاسمای داخل راننده اجازه می دهد از اتمهای سنگین یا سبک تشکیل شود. این انعطاف پذیری دانشمندان را قادر می سازد تا میزان نیروی لازم را برای یک مأموریت خاص تنظیم کنند. ابراهیمی گفت: "در حالی که سایر رانشگرها به گاز سنگین ساخته شده از اتمهایی مانند زنون احتیاج دارند ، اما در این مفهوم می توانید از هر نوع گازی که می خواهید استفاده کنید." دانشمندان ممکن است در بعضی موارد گاز سبک را ترجیح دهند زیرا اتمهای کوچکتر می توانند با سرعت بیشتری حرکت کنند.

این مفهوم نمونه کارهای تحقیقاتی پیشرانه فضایی PPPL را گسترش می دهد. پروژه های دیگر شامل آزمایش Hall Thruster Experiment است که در سال 1999 توسط فیزیکدانان PPPL یوگنی رایتس و ناتانیل فیش برای بررسی استفاده از ذرات پلاسما برای حرکت فضاپیماها آغاز شد. Raitses و دانش آموزان همچنین در حال استفاده از رانشگرهای کوچک هال هستند تا هنگام چرخش زمین ، قدرت مانور بیشتری به ماهواره های کوچک به نام CubeSats بدهند.

ابراهیمی تأکید کرد که مفهوم راننده او مستقیماً از تحقیقاتش در مورد انرژی همجوشی ناشی می شود. ابراهیمی گفت: "این کار از کار همجوشی گذشته الهام گرفته شده است و این اولین بار است که پلاسمیدها و اتصال مجدد برای پیشرانه فضایی پیشنهاد می شود." "گام بعدی ساخت نمونه اولیه است!"

حمایت از این تحقیق از طریق بودجه های دفتر علوم DOE (علوم انرژی همجوشی) و تحقیق و توسعه آزمایشگاهی (LDRD) انجام شده است که از طریق دفتر علوم در دسترس است.

PPPL ، در پردیس Forrestal دانشگاه پرینستون در Plainsboro ، N.J. ، است