Термоядерные двигатели

Что они могут?

Начнем с энергии. Есть много реакций синтеза, для примера возьмем ту, что планируют использовать в КАрадаше в рамках ИТЭР: дейтерий + тритий =  гелий + нейтрон +  E,   где E =  17.6 МэВ

Небольшое отступление. В химических двигателях большая часть выделяющейся энергии удается перевести в кинетическую энергию направленного движения реактивной струи, скорость истечения порядка 5 км/с как раз получается в этом предположении. Понятно, что в случае термоядерной реакции проделать тот же фокус куда труднее. Никакие материальные стенки не выдержат миллионных температур, надо делать магнитные. Не очень понятно, что делать с нейтральным нейтроном и можно ли разогнать ядра гелия электромагнитным излучением.  

Допустим, эти технические проблемы удалось решить, и мы сумели перевести энергию реакции в кинетическую энергию гелия. Тогда его скорость без учета кинетической энергии движения исходных компонентов реакции  

V = sqrt(2*17.6*10**6*1.6*10**(-19)/(4*1.6*10**(-27))) = 30000 км/с.

Для путешествия внутри солнечной системы – прекрасная величина, топливо может составлять незначительную часть массы корабля вплоть до разгона до скоростей в несколько тысяч километров в секунду, формула Циолковского нам не страшна!  Со скоростью 1000 км/с от Земли до Плутона можно долететь за месяц. 

Прикинем мощность двигателя:  P = mav, где v = 30000000 м/с, m – масса корабля, a – его ускорение. О массе корабля можно только гадать, так как мы не знаем параметров реактора. Для оценки возьмем 100 тонн. Теперь ускорение. Если мы хотим разогнаться до 1000 км/с за 10 дней, то порядка 1 м/с. Тогда мощность двигателя  P = 10**5*3*10**7 = 3*10**12 Вт.

С чем сравнить? Давайте с «Сатурн-5». Энергия, как мы видели в 

https://author.today/post/417516

Равна 2.4*10**13  Дж, поделим примерно на 600 секунд и получим 4*10**10 Вт.

То есть мощность термоядерного двигателя на два порядка больше, и работать он должен 10 дней, а не 10 мин. 

Еще проблема – отвод тепловой энергии, т. к. КПД двигателя никогда не будет 100%. Отводить будем с поверхности нагретой сферы. Пусть ее нагрели до T = 1000 К. Тогда по закону Стефана  - Больцмана в приближении абсолютно черного тела отводимая тепловая мощность P = sigma*T**4*S,  S = площадь сферы, sigma = 5.6*10**(-8). Если P порядка 10**12, то радиус сферы будет около километра. Даже если толщина материала 0.1 мм, это примерно тысяча кубометров. Если сфера металлическая, то масса одного радиатора превысит массу всего корабля в десятки раз! То есть, либо надо нагревать до больших температур (слава богу, в законе 4 степень) – но тогда вещество начинает испаряться – либо гораздо медленнее разгоняться. 

В общем, если мы хотим НФ корабль с термоядерными двигателями, придется повозиться с проектированием