Welche Gefahren bestehen beim Einsatz von Fusionsraketentriebwerken in der Atmosphäre?

Strahlung (und andere)
$\alpha$Teilchen sind$He^4$das sind ein Kern mit 2 Protonen + 2 Neutronen. Die Deuterium/Tritium-Reaktion ist$H^2 + H^3 \rightarrow n + He^4 + \gamma$. Das heißt, diese Reaktion produziert$\alpha$Partikel.

Alpha ($\alpha$)
Die$\alpha$Teilchen tragen eine Ladung und lassen sich mit elektromagnetischen Feldern leicht lenken.

Neutron ($n$)
Das Neutron ignoriert jedoch alles außer Kernen. Nicht alle Kerne werden gleichermaßen zum Schutz vor Neutronen erzeugt. Kerne mit geringer Masse schützen Sie viel besser als Kerne mit hoher Masse. Sie möchten, dass Ihre Neutronenabschirmung hohe Mengen an Wasserstoff enthält (Wasser funktioniert hervorragend).

Gamma ($\gamma$)
Was$\gamma$Strahlen interagieren mit hängt von ihrer Energie ab, niedrigere Energie$\gamma$mit ... interagieren$e^{-}$während höhere Energie$\gamma$interagieren nur mit Kernen. Bei$14 - 18 MeV$, Verschmelzung$\gamma$Strahlen sind hochenergetisch und benötigen ebenfalls Atomkerne zur Abschirmung. Kerne mit hoher Atommasse funktionieren (bezogen auf das Gewicht) etwas besser als Kerne mit niedriger Atommasse.

In jedem Fall erfordert ein fusionsbetriebenes Schiff erhebliche Mengen an Strahlungsabschirmung gegen die$\gamma$und$n$Strahlung. Schiffe dieser Art verwenden einen sogenannten Schattenschild . Dieser Schattenschild blockiert die$\gamma$und$n$Strahlung und bildet eine strahlungsfreie Zone für die Schiffsbewohner. Die Designer begrenzen die Schildgröße, um nur Schutz für die Mannschaftskabine zu bieten, basierend auf direkter Sichtlinie (kein Teil der Mannschaftskabine kann den Kern sehen – der Schattenschild blockiert die Sicht).

Warum Strahlung?
In einer Atmosphäre wird Strahlung, die von der Reaktion wegfließt, in eine andere Richtung als die durch die Schattenabschirmung geschützte, von der Atmosphäre reflektiert und bestrahlt die Mannschaftskabine.

Das sind schlechte und wahrscheinlich tödliche Neuigkeiten für die Crew.

Definitionen
Für die andere Erklärung werde ich Fusionsreaktoren in zwei Klassen aufteilen, externen Kern und internen Kern.

Ich definiere externe Kerne als Reaktoren als diejenigen, die eine Fusion außerhalb der materiellen Teile des Schiffes durchführen. Die Fusion erfolgt (vermutlich) in einem elektromagnetischen oder elektrostatischen Eindämmungssystem, so dass der größte Teil der Reaktionsstrahlung nicht auf die Materieteile des Schiffes trifft. Nuclear Pulse Propulsion fällt in dieses sowie mehrere andere Designs.

In diesem Zusammenhang ist ein interner Kernreaktor einer, der eine Fusion innerhalb der Materieteile des Schiffes durchführt.

Warum andere Sachen?
Einige Formen externer Fusionsreaktoren können nicht in einer Atmosphäre betrieben werden. Fusionsanlagen der Current Era (CE) müssen im Vakuum betrieben werden . Die Dichte der Fusionsreaktanten ist also viel geringer als die der Atmosphäre.

Current Era (CE) Inertial Electrostatic Confinement Fusion

Was dies noch schlimmer macht, ist, dass die atmosphärischen Gase elektrisch neutral sind und nicht von den elektromagnetischen Eindämmungsfeldern beeinflusst werden, die zur Steuerung der Fusionsreaktion verwendet werden. Daher wird der Abstieg in die Atmosphäre zuerst den Fusionskern mit Fusions-"Giften" verunreinigen, die zuerst die Fusionsreaktion dämpfen und dann stoppen.

Dies führt normalerweise dazu, dass das Schiff auf den Boden stürzt.

Das sind schlechte und wahrscheinlich tödliche Neuigkeiten für die Crew.

Das größte Problem beim Einsatz einer Fusionsrakete in der Atmosphäre besteht darin, dass die meisten Fusionsreaktorkonstruktionen erfordern, dass die Reaktion in einem Hochvakuum stattfindet. Die Luft "löscht" das sich bildende Plasma, absorbiert einen Großteil der Energie auf eine Weise, die die Designer nicht geplant hatten, und wirft möglicherweise Nebenreaktionen ab, die die Struktur beschädigen könnten.

Wenn die Fusionsreaktion ein Implosionsdesign unter Verwendung von Lasern oder Teilchenstrahlen ist, absorbiert die Atmosphäre einen Teil der gesamten einfallenden Energie (insbesondere wenn die Laser eine sehr kurze Wellenlänge haben), und das Brennstoffpellet kann auch durch Luftströmungen herumgeschleudert werden und nicht im Brennpunkt sein, wenn die Strahlen zusammenlaufen.

Eine Fusionsrakete würde in der Atmosphäre ungefähr nur funktionieren, wenn die Fusionsreaktion im Inneren des Raumfahrzeugs stattfindet und die Energie zum Erhitzen der Reaktionsmasse in einer separaten Kammer verwendet wird.

Ja.

Der Motor wäre im Allgemeinen sowieso abgeschirmt (und Alphastrahlung ist am einfachsten zu stoppen), sodass die Alphastrahlung ein untergeordnetes Problem darstellen würde.

Das Fehlen von Umweltverschmutzung ist einer der großen theoretischen Vorteile, die die Fusion so attraktiv machen.