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新型太空核能引擎:靠磁场推动等离子

美国能源部普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的科学家提出一种靠磁场控制等离子体的新型核能引擎技术,将大幅缩短太空旅行的时间。

新型太空核能引擎:靠磁场推动等离子靠磁场控制等离子体的新型核能引擎示意图及其发明人Fatima Ebrahimi。(PPPL)现在多数等离子核能引擎靠施加电场产生推力,这种技术通过向等离子体施加磁场产生推力,利用磁力线断裂、重新连接的过程加速粒子。磁力线断裂和重新连接是宇宙内常见的现象,比如太阳表面的磁场线就在不断地汇合、断裂、再连接,产生大量能量。核聚变设施如托卡马克反应炉,内部靠强大的磁场引导高温等离子体,也会发生磁场的重连。新型太空核能引擎:靠磁场推动等离子“我在构思这个框架有一段时间了。”PPPL首席研究员、这个想法的发明者埃布拉希米(Fatima Ebrahimi)说:“2017年的一天,我坐在甲板上,想到汽车尾气和我们实验室国家球形环面实验升级计划(NSTX,基于托卡马克概念的实验设施)高速排出粒子有着相似性,就有了这个主意。”“在运作过程中,这个托卡马克设备产生的电浆粒团移动的速度达到每秒约20公里,我觉得这可以产生推力。”电浆粒团是一种电浆和磁场连接在一起的结构。现有的等离子推进器使用电场推动粒子前进,只能产生较小的速度。PPPL实验室电脑模型的模拟显示,这种新型推进器粒子喷射的速度可以达到每秒几百公里,比其它推进器快10倍。埃布拉希米介绍说,新型推进器与其它设备主要有三个不同点。新型太空核能引擎:靠磁场推动等离子一是新型推进器可以通过调整磁场的强度增加或减弱推力;二是新型推进器内电浆粒团和等离子体共同参与喷射产生推力,因此功率更大,而其它推进器只喷射等离子;三是现在的推进器依赖电场,多数使用像氙气这样的重原子气体,新推进器使用磁场,里面的等离子由轻重原子组成都可以,也就是可以使用任何气体,还可以根据不同的推进需要,订制不同的推力。这项研究近期发表于《等离子体物理》( Journal of Plasma Physics)期刊上。埃布拉希米说,这是第一份把电浆粒团和磁场重联用于太空推进器的研究,下一步是造出一个雏形。

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