В статье представлена модель первоначальной частицы Материи и описаны ее основные свойства. Дается определение массы и электрического заряда, носителями которых являются Проточастицы. Показано, что основными взаимодействиями в Материи являются гравитационное тяготение и электрическое отталкивание. Общий вывод: Материя - это форма существования энергии. ...
Основы фотонного ракетного двигателя
Первое место в ряду перспективных источников энергии занимает управляемый термоядерный синтез (УТС). Перспекти вы, которые обещает осуществление УТС, беспрецедентны по своим масштабам, и это заставляет ученых всего мира упорно штурмовать термоядерную крепость. Этот штурм продолжает ся более 50 лет, но, к сожалению, несмотря и на беспрецедент ные финансовые затраты по этим проектам, человечество не получило еще ни одного ватта обещанной энергии. Если гипотетически представить, что все трудности в каж дом способе УТС (магнитном удержании плазмы, инерциальном синтезе, холодном ядерном синтезе) успешно преодолены и од на из глобальных задач человечества решена, то мы не достиг нем главного. Мечта о межзвездных полетах и освоении ближ него и дальнего космоса останется мечтой. Кроме того, без фо тонных ракетных двигателей, как средства доставки, наша пла нета останется слишком уязвимой для космических "странни ков" типа комет, астероидов. О высокой эффективности УТС свидетельствует положи тельный баланс в извлечении энергии. При ядерных реакциях деления можно получить 0,1 % от всей энергии вещества, при ядерном синтезе примерно 0,6 %. Но теорией не запрещено получение 100 % энергии, что становится возможным при анни гиляции вещества. Безусловно, получить 100 % энергии вещест ва на современном уровне технологий не столь близкая перс пектива, но о получении энергии в 2...3 % в земных условиях следует задуматься уже в ближайшем будущем. С появлением квантовых генераторов возникли новые нап равления в физике, были открыты ранее неизвестные эффекты. На основе некоторых из них можно создать устройство, позво ляющее получить мощное локальное магнитное поле с индукци ей 1012…1013 Гс. Такие поля достигаются на стадиях эволюции звезд при быстром сжатии (коллапсе) их ядра с последующим образованием нейтронной звезды. Создание магнитного поля с индукцией 1013 Гс Начиная с 70 х годов прошлого века группа ученых в составе А. Борисова, А. Боровского, В. Коробкина, А. Прохо рова и других изучала явление самоканалирования мощных ультракоротких лазерных импульсов в веществе. Этот режим волноводного распространения света в веществе предсказал Г. Аскарьян в 1962 г. Критическая мощность, необходимая для релятивистско скрикционного самоканалирования ультрако роткого импульса, составляет величину Р ∼ 3·1011 Вт. Как уста новлено, обнаруженный нелинейный режим, приводящий к сильной самоконцентрации оптической энергии в малой облас ти, перемещающейся в веществе, открывает интересные перс пективы. Одним из возможных приложений является генерация сверхсильных магнитных полей. В ходе экспериментов с конден сированными средами был обнаружен эффект возникновения лазерной ЭДС в металлах. Лазерная ЭДС проявлялась, когда один из торцов металлического кольца (аналог биттеровского, рис. 1) освещали ультракоротким импульсом лазера с мощ ностью 1…10 МДж. Выбитые лучом лазера с торца электроны пе реходили на противоположный торец, отчего возникал импульс тока в 50 кА. Возникающее магнитное поле было порядка 107 Гс. Диаметр металлического кольца был на уровне нескольких милли метров (для уменьшения реактивного сопротивления), а длитель ность лазерного импульса примерно τ =10 6 с. При большей длительности импульса кольцо расплавится или его разорвет магнитное поле. Но при τ = 10 6…10 12 с в нем не возникали да же механические напряжения. При экспериментальной работе была получена оценка величины магнитного поля в веществе в самоканалированном режиме: B ~ 2·π·e·ne·L1, (1) где при значениях L1 = 2λ = 2·10 4 см (диаметр лазерного лу ча неодимового лазера) и ne ∼ 1020 см 3 получалась B ∼ 60 МГс. Проведенное численное моделирование воздействия на твердотельную мишень лазерного импульса длительностью 100 фемтосекунд с интенсивностью 1019 Вт/см2 дало значение величины магнитного поля B ∼ 2,5·108 Гс.
Рис. 1. Возникновение лазерной ЭДС: 1 лазерный луч; 2 соленоиды; 3 поверхность торца соленоида; 4 магнитное поле. Согласно (1) для получения более высоких показателей магнит ного поля необходимо увеличить ne плотность электронов в среде (для металлов ne ~ 1023 см 3) или увеличить диаметр лазерного луча, сохранив интенсивность излучения. В связи с тем, что повышение ин тенсивности излучения связано с отдаленной перспективой разви тия лазерных технологий, целесообразно попытаться увеличить ne. Для этого необходимо разместить соленоиды, подобные биттеровс кому, один за другим (рис. 1). При такой компоновке, если лазерный луч или два луча от разных лазеров будут иметь возможность после довательно и кратковременно освещать эмиссионные торцы соле ноидов, то при освещении торца первого соленоида в нем возник нет мощный импульс магнитного поля, который по закону электро магнитной индукции произведет разделение зарядов в соседнем со леноиде. Разделение зарядов означает, что электронная компонен та (валентные электроны) под действием пандеромоторной силы вы талкиваются из объема металла соленоида на эмиссионный торец. Следовательно, на нем произойдет возрастание электронной плот ности. Если в этот момент лазерный луч осветит эмиссионный торец соленоида, то значение лазерной ЭДС возрастет. Как следствие, возрастет и возникающее магнитное поле. Численные расчеты пандеромоторной силы, действующей на свободные электроны во втором соленоиде вследствие вли яния магнитного поля В = 107 Гс первого соленоида свидетель ствуют о возрастании плотности электронной компоненты на эмиссионной поверхности второго соленоида на семь поряд ков, т.е. показатель плотности близок к значению ne = 1030 см 3. Возросшая плотность будет наблюдаться в слое меньшем, чем глубина скин эффекта для лазерного излучения. В соответствии с выражением (1) повышение плотности электронной компонен ты ne в пределах 1030 см 3 позволит подойти к значениям магнит ного поля с индукцией порядка В ∼ 1012…1013 Гс. Достижению таких значений магнитного поля будет способ ствовать и оптическое явление, связанное с перестройкой структуры конденсированной среды под воздействием мощного лазерного излучения. Как экспериментально установлено, в ре зультате серии силовых воздействий лазерным излучением на поверхности металлов и полупроводников образуются поверх ностные периодические структуры (ППС). ППС представляют собой систему упорядоченных линейных выступов и впадин рель ефа поверхности. С ростом ППС возникает специфическое оп тическое явление заметное уменьшение коэффициента зер кального отражения. Вследствие этого увеличивается поглоща тельная способность поверхности материала почти до 1. Увели чение поглощательной способности поверхности объясняется ростом коэффициента преобразования объемного лазерного излучения в поверхностно электромагнитные волны (ПЭВ), что характеризуется возрастанием плотности потока преобразо ванной энергии. Кроме увеличения преобразования энергии наведенные периодические структуры на поверхности в виде острий с большой кривизной позволяют модифицировать внеш нее поле, в котором силовые линии концентрируются на остри ях. Как следствие, напряженность поля возрастает, а по теории Фаулера Нордгейма это приводит к увеличению эмиссионного тока. Поскольку в лазерной ЭДС предполагаются рекордно вы сокие плотности тока, ППС играют существенную роль в сниже нии влияния взрывной эмиссии и сводят к минимуму разогрев по верхности (эммитеров). Если радиус закругления на структурах ППС формировать на уровне десятков ангстрем, то из за ма лости закругления острия (эмиттера) выбитые электроны прохо дят сквозь тела острий, практически не выделяя энергии, пос кольку длина свободного пробега электронов много больше размера эммитера. Это реально достижимо при использовании лазерного излучения с малой длиной волны. Роль адиабатического инварианта движения в торможении заряженных частиц можно пояснить следующим образом. Согласно теории, подтвержденной практикой, заряженные частицы при движении в магнитном поле могут изменять направление своего движения. Так, они могут вращаться по ларморовской окружности со скоростью V1 (поперечной скоростью), либо, в более сложном случае, центры ларморовских окружностей могут двигаться вдоль силовых линий со скоростью V2 (скоростью продольного движения). В общем случае магнитные поля неоднородны, но в микро масштабах напряженность поля меняется очень мало. Для таких полей установлено, что в них заряженные частицы сохраняют адиабатический инвариант движения, т.е. Е1/Н ∼ const, где Е1 кинетическая энергия поперечного движения; Н напряженность магнитного поля. Из этого следует, что при увеличении напряженности маг нитного поля Н до критического значения Нкр произойдет пере ход полной энергии частицы Е в кинетическую энергию враще ния по ларморовской окружности, т.е. Е = Е1. Это соответствует полностью "замагниченному" состоянию, при котором продольная скорость движения частицы V2 = 0. Вакуумное рождение частиц На основе фундаментальных соотношений неопределен ности Гейзенберга построены современные квантово полевые представления о физическом вакууме (ФВ), который не является пустым пространством. В квантовой электродинамике вакуум “мигает” появляющимися полями, “кипит” рождающимися на ко роткое время электрон позитронными парами. Такие поля и частицы называются виртуальными. Прямым эксперименталь ным подтверждением существования ФВ являются такие тонкие физические эффекты, как поляризация вакуума, лэмбовский сдвиг энергетических уровней в атоме водорода, аномальный магнитный момент электрона, эффект Казимира и ускоренное космологическое расширение Вселенной. В ведущих лаборато риях мира ученые пытаются вызвать вакуумное рождение час тиц в сильных электромагнитных полях, основываясь на эф фекте, качественно предсказанном еще в 30 х годах ХХ века. Квантовая электродинамика описывает механизм рождения из вакуума электрон позитронных пар следующим образом. В си лу соотношения неопределенностей возможно кратковременное нарушение закона сохранения энергии и из вакуума может поя виться виртуальная электрон позитронная пара (е+ е ), которая просуществует в течение времени τ = h/ΔЕ = h/(m·с2). За это вре мя пара разойдется на расстояние не больше чем δr = с·τ = h/(m·с), то есть на расстояние порядка комптоновской длины волны λ = h/(m·с) ~ 10 11 см. Это так называемый квантовый радиус электрона, характеризующий область возможной простран ственной локализации электрона в квантовой теории. Если теперь внешнее электрическое поле способно произвести над электро ном работу ~ m·с2 на расстоянии δr, то рождение пары из ваку ума становится реальным процессом. Для этого поле должно быть порядка критического: Екр = m2c3/e0h ~ 3·1016 В/см. В этих усло виях вакуум становится неустойчивым и из него могут рождать ся электрон позитронные пары. Для получения электрических полей с релятивистскими нап ряженностями используются мощные лазеры до 1021 Вт/см2 с высокой фокусировкой лучей и длительностью импульса поряд ка фемтосекунд, но пока не удается достичь Екр. В соответствии с кинетическим уравнением (КУ), описываю щим нестационарное вакуумное рождение частиц, которое было теоретически обосновано в 1997 г. физиками теоретика ми из разных стран, процессы соударения частиц и их ускоре ние зависит как от собственного электромагнитного поля, соз даваемого частицами, так и внешнего создаваемого сильными полями. Оба механизма воздействия являются важными и влия ют на плотность частиц и античастиц, рождаемых в вакууме. Ес ли плотность рожденных частиц становится достаточно боль шой, то возникает необходимость в учете собственного внут реннего электромагнитного поля, генерируемого этими части цами. Поле может оказаться достаточно сильным, чтобы, в свою очередь, повлиять на интенсивность вакуумного рождения частиц. В этом случае КУ должно быть дополнено уравнением Максвелла для плотности тока, вызванного изменением струк туры ФВ под действием поля. В результате КУ и уравнение Максвелла образуют замкнутую нелинейную систему интегро дифференциальных уравнений, описывающих совместную эво люцию поля и частиц. Это означает, что при некоторой плотности рожденных из вакуума частиц необходимо учитывать собственное внутрен нее поле. Частицы из виртуального состояния перешли в ре альный спектр времени, а это значит, реальным стало их об щее электрон позитронное поле. Это поле может стать рав ным или больше Екр. Поэтому после короткого импульса внеш него поля, вызвавшего рождение вакуумных частиц, система начнет эволюционировать самосогласованным образом даже после снятия этого поля. Для достижения той же цели рождение из вакуума элект рон позитронных пар частиц предлагается использовать крити ческое магнитное поле. Оно было рассчитано А.А. Соколовым, Н.П. Клепиковым и И.М. Терновым в 1953 г., Ю. Швингером в 1954 г. которые получили следующий результат для потребной магнитной индукции так называемого Швингеровского поля: B0 ∼ 4,41·1013 Гс. Известно, что затормозить или разогнать частицу гораздо труднее, чем заставить свернуть с пути, не меняя ее скорости. Сила Лоренца не совершает работы, она направлена пер пендикулярно вектору скорости частицы, в связи с чем появляется возможность использования порогового эффекта по частоте для виртуальных частиц, рождаемых в вакууме, поскольку при критическом значении магнитной индукции энергия кратковременно появляющихся вакуумных электрон позитронных пар Е = m·с2 перейдет в энергию вращения по ларморовской окружности. Установка на основе лазерной ЭДС создает локальное магнитное поле по порядку Вкр = 1013 Гс. Следовательно, в та ком поле энергия кратковременно появившихся из вакуума час тиц m·c2 перейдет в кинетическую энергию вращения по лармо ровской окружности. В режиме "замагничивания" движение виртуальных частиц навстречу друг другу с целью дальнейшей аннигиляции станет невозможным. Поскольку время действия магнитного поля на много порядков превышает время кратков ременного появления виртуальных вакуумных пар, то режим "замагничивания" позволяет перевести частицы в реальный спектр времени, т.е. стать наблюдаемыми частицами. В свою очередь, наблюдаемые частицы вызовут эффекты поляризации вакуума, характеризуемые множественным процессом рожде ния из вакуума виртуальных электрон позитронных пар, кото рые также подвергнутся "замагничиванию". Такой множествен ный и последовательный процесс рождения и "замагничивания" будет развиваться далее неудержимо и лавинообразно, что приведет к образованию плазменного сгустка. Как предсказывает кинетическая теория, при определен ной плотности рожденных из вакуума частиц их внутреннее электрон позитронное поле превысит Екр. Следовательно, из вакуума возникнет мощная плазменная осцилляция. На находя щуюся в магнитном поле плазму действует выталкивающая (пандеромоторная) сила. Расчет выталкивающей силы, действу ющую на каждую частицу рожденной электрон позитронной плазмы в магнитном поле, по порядку равном Швингеровскому, составляет примерно 3·104 кг. На основе третьего закона Нью тона одинаковая по модулю, но противоположно направлен ная сила будет создавать реактивную тягу. Роль прохода для выброса плазмы из магнитного поля осуществляют разрезы в соленоидах. При выходе плазмы из разреза в соленоидах про изойдет аннигиляция частиц с образованием γ квантов. Устройство фотонного двигателя Ракетный фотонный двигатель показан в разрезе на рис. 2. Основой двигательной установки является вращающееся коле со 13, установленное в горизонтальной плоскости и имеющее жесткое крепление 3 с валом 2 электродвигателя 10. По пери метру колеса 13 жестко установлены наборы биттеровских со леноидов. Каждый набор 1, 9 состоит из тысячи биттеровских соленоидов, объединенных в сегменты (маркерный соленоид и несколько усиливающих). Соленоиды в наборах 1, 9 ориенти рованы с возможностью освещения их торцов лазерными луча ми 4, 6 от установленных по периметру двигателя лазерных пу шек 5, 7. Работа лазерных пушек 5, 7 синхронизирована с мар керными кольцами в наборах 1, 9. Набор соленоидов 1, в кото ром зазоры 8 ориентированы вниз, предназначен для создания подъемной силы, а набор соленоидов 9 с прорезью наружу для создания горизонтальной тяги. С целью увеличения подъем ной силы на двигателе можно разместить несколько дополни тельных наборов соленоидов по такому же принципу. Устройство работает следующим образом. Аккумуляторы подают питание на электродвигатель. Происходит разгон ко леса до заданной частоты вращения с последующей ее стаби лизацией. Через преобразователи накачиваются лазерные пушки, которые работают в импульсном режиме. Синхронно с пространственным положением колеса обеспечивается пода ча первых импульсов на маркерные соленоиды, которые ини циируют начальное магнитное поле, а затем на следующие за ними. Возникает мощное магнитное поле по рассмотренно му ранее механизму. Магнитное поле "замагничивает" вирту альные вакуумные частицы, которые в виде плазменного обра зования под действием пандеромоторной силы выбрасывают ся из магнитного поля соленоидов. Для прохода частиц плазмы служат разрезы в соленоидах. При выходе плазмы из магнит ного поля соленоидов происходит аннигиляция частиц, т.е. вы деляются γ кванты. При работе установки накачка лазеров осуществляется от образующихся γ квантов. За счет вращения наборов соленоидов и импульсной работы лазеров обеспечи вается смена сегментов, попадающих под лазерные лучи, т. е. обеспечивается режим охлаждения. Такой способ получения энергии имеет огромные преиму щества: отпадает необходимость в топливе; выделяемая энергия, как минимум, на порядок превышает термоядерную; обеспечивается экологическая безопасность; обеспечивается процесс регулирования в выделении энергии. Регулирование тяги возможно различными путями: изменением плотности энергии в лазерных лучах; изменением продолжительности подачи лазерного им пульса на торцы соленоидов; изменением количества точек возбуждения магнитного поля. Рис. 2. Схема фотонного двигателя: 1 набор биттеровских соленоидов; 2 вал электродвигателя; 3 крепление; 4 луч лазера; 5 лазерная пушка; 6 луч лазера; 7 лазерная пушка; 8 зазоры биттеровских соленоидов; 9 набор биттеровских соленоидов; 10 электродвигатель; 11 крепление электродвигателя; 12 крепление; 13 колесо
Разместил статью: pi31453_53 
Самоходный вагон включает в себя ходовую раму, электромотор-колеса, кузов, скребковый конвейер, привод конвейера, кабину машиниста, станцию управления, насосную станцию, кабельный барабан. Электромотор-колеса выполнены с цапфами, имеющими возможность поворота в неподвижных кронштейнах, одна пара которых закреплена на ходовой раме, а вторая - на балке, имеющей возможность балансировки и шарнирно соединенной с рамой. Повышаются маневренность и устойчивость самоходного вагона на узких и неровных...
Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к гидродинамическим муфтам. Гидродинамическая муфта содержит насосное (1) и турбинное (2) колеса; замкнутый контур (4) рабочей среды; расположенную вне рабочей полости и вне замкнутого контура рабочей среды накопительную полость (8), причем эта накопительная полость через проводящее рабочую среду соединение (9) вне рабочей полости подсоединена к замкнутому контуру рабочей среды. Колеса (1) и (2) образуют друг с другом...
|
⇩ Информационный блок ⇩
⇩ Реклама ⇩
Loading...
⇩ Категории-Меню ⇩
⇩ Интересное ⇩
|
⇩ Ваши закладки ⇩
⇩ Комментарии на сайте ⇩
⇩ Топ 10 авторов ⇩
⇩ Лучшее в Архиве ⇩
⇩ Реклама ⇩
|
NTPO.COM © 2003-2020 Независимый научно-технический портал (Portal of Science and Technology)
|
|
|