第4部分。道路和交叉路口。
上一部分 及其摘要 。
阅读本节，您应该了解：此处列出的所有内容都不起作用，或者...可能存在危险。 对于任何引导和集中能源的机会，首先要在军事上应用。 成吉思汗制服了非洲大陆的一半，将生长中的草（通过马）的能量用于军事需要。 英国跨越了风能，占领了地球的一半。 第一批快速化学能集中器是石油燃烧弹和炸弹。 内燃机将两次世界大战的装甲拖过了田野和沼泽，并继续为世界各地无数次冲突提供服务。 原子能首先给世界带来了一颗炸弹，然后才使一个和平反应堆。 遏制新能源，集中精力或迅速释放能源的任何机会都可能受到军方的监视。
但是，如果本节中的每个项目都是幻想或战争，那为什么要写？ 保持沉默不是更好吗？
嗯……“我想成为鸵鸟，但地板是水泥的。” 我认为写作是必要的。 如果有任何效果，请让所有人知道。 如果不是，那就让每个人也考虑一下。
这样的东西。
让我们开始吧。
4.1。 春天被完全挤压了吗？
一般来说，没有。 仍有储备。 在某些地方很严重。
首先，在材料强度上。 现代火箭由金属合金制成。 其比强度的极限在0.3MJ / kg的范围内。 即使凯夫拉尔纤维和碳纤维在相同的重量下也能提供十倍的强度，这远没有达到理论极限。 如果您使用相似的材料躲避并制造质子的相同第一步，那么它的重量将大大减轻，并且差值（至少）可以放入有效载荷中。 从理论上讲。 哎呀...理论上，理论和实践都是其中之一。 practice实际上，这些用于建造火箭的奇妙材料尚未准备就绪。 这是制造非平凡形式的大型结构的困难，工作温度不合理，甚至是工程教科书上的问题。 但是还有挖掘的空间。 来自复合材料的第一批燕子
[ 670 ]已经飞过。
此外，纳米材料，尤其是石墨烯
[ 95 ] 。 每个碳原子之间的结合能本身相同，为2-3 eV。 但是：a）每个原子有三个键，这总共使
[ 98 ]已经高达7.8 eV /原子； b）碳是一种容易的元素，除以一千克是有利的；并且：c）石墨烯晶格是绝对正确的，没有缺陷和“弱连接”，易于在负载下过早失效。 结果
[ 355 ] ：62-65 MJ / kg，是“化学”弹簧极限的两倍。 我认为，如果我们学会用硼设计这种规则的晶格，这将变得更加容易，那么我们将跃升至100 MJ / kg。 谁知道，未来的火箭将不会由石墨烯或类似材料制成的未扭曲的飞轮疯狂地驱动吗？
[并且在评论中，这是向我建议的关于该主题的有趣作品[
352 ]]
化学能量柠檬也不会被挤出皮肤。 我并不是在说使用锂，氟和氢的混合物的发动机[
405 ]，[
410 ]（他有不错的比冲，但我不想对敌人使用这种混合物）。 不，这将是关于仅存在于实验室和理论中的外来化合物，但有很大希望。
第一个示例
[ 420 ] （如果要求我大声说出它的名字，“抱歉，我不能这么说”）：
[提供者：Albris-自己的著作，CC BY-SA 3.0， https ：//commons.wikimedia.org/w/index.php？curid = 47523411]它自行爆炸，“没有明显的原因”，释放的能量为6.8 MJ / kg。 这个数字不是很令人印象深刻，并且对于塞入火箭来说，这种物质非常不稳定。 但请注意：它主要由氮组成。 似乎氮-氮链如果正确地“翘曲”，会储存大量能量？
化学家已经理解了这一点，并且在十多年来，人们一直在用较少的氮来构建
[ 265 ]更复杂的结构。 这是另一个
[ 430 ] ：
[提供者：Meodipt-自己的作品，公共领域， https ：//commons.wikimedia.org/w/index.php？curid = 13243875]不幸的是，没有显示燃烧或形成的热量。 但这无关紧要，因为似乎已经找到了绝对记录持有人
[ 440 ] 。
事实证明，在超过110万个大气压的压力和2000 K的温度下，氮进入称为立方薄纱的晶体变型（如我所知，在俄语中，这称为“立方薄纱变型”）。 并且，如果仅使它们不撒谎
[ 450 ] ，则该修改在返回正常条件时是稳定的。 并可以与它们合成。 好吧，更精确地说，是亚稳态的。 因此，当转化为普通氮时，它会释放大量能量。 具体数字各不相同：[
450 ]为15.8 MJ / kg，维基百科
[ 440 ]为27和33 MJ / kg。 如果后一个值是正确的，那么从理论上讲，这种发动机的流出速度可以达到≈6700m / s。 如果第一个是4700 m / s，但这还不错。
当然，33 MJ / kg不是300而不是3000。 无论如何，从化学中获得更多的可能性不大。 但是，即使是呼气速度的一半半，有时也会减少火箭的起始质量，从而大大降低了发射成本。 有东西要对接。 谁知道其他什么状态可以承受高压并安全地从那里“跳出”我们的正常状况？
在更奇特的化学中，值得一提：
4.1.1。 固定在固态冷冻氢膜中的氢原子（不是分子！）的固定[
460 ]。 达到2 * 10
19 cm
-3的密度时
，它转换为2.6 MJ / kg的能量储备。 尽管与传统燃料相比，这个数字看起来很乏味，但是这种方法本身并不常见。 谁知道还能从中得到多少呢？ 维基百科
[ 470 ]称，类似的其他物质的碎片原子“溶解”在液氦中，您最多可以存储5 MJ / kg（尽管我无法按照链接进行工作）。
尝试
[ 480 ]创建三重态1s2s
3 S
1的亚稳态氦
4 He
*的Bose冷凝物
也包括在该组中。 如果其半衰期确实超过两个小时（并且我看不出有任何理由不相信
[ 490 ] ），每个原子的能量为19.8电子伏特，那么这种情况原则上可以每千克存储475兆焦耳！ 以“排气”形式的最纯净无害的氦气。 当然，只要这些纯粹的实验室低温研究可以适用于“移动”到火箭。
4.1.2铯和钡的三个或以上价态的模糊指示（[
500 ]，[
510 ]）暗示，至少在某些情况下，至少有时在化合价上，而且内部键也可用于形成化学键原子电子。 从这种理解本身到“绝对燃料”，甚至是步行中的月亮（双关语），都有一些可以做的梦。
4.1.3熔化的盐没有希望，但是蒸发的盐呢？ 一些物质的汽化热很高
[ 680 ] 。 因此，气态铍在冷凝时释放出的能量为32 MJ / kg，硼-45。诚然，一个愿意提供发射带有2500度气态铍的飞行圆筒的人，冒着关于汞中铀废料的笑话的危险，无法帮助...
在此基础上，我们将以化学方法结束，并继续进行其他形式的存储。
本文是为网站https://habr.com撰写的。 复制时，请参阅来源。 本文的作者是Evgeny Bobukh 。4.2。 其他领域
到目前为止，我们主要集中在电磁相互作用上。 但是在自然界中至少还有三个领域：万有引力，强和弱。 是否有可能在其中存储能量的电池？
借助引力场，最简单的方法。 他将负载举到塔上-能量被存储了。 省略-脱颖而出。 液压能量存储系统
[ 520 ]基于此原理。 不幸的是，这是一个无法解决的问题。 由于势能为
mgh ，因此每千克能量为
gh 。 而
h ，即在地面条件下的高度-最多千米。 这些是每千克
千焦耳的单位，甚至不是
兆 。 现在，如果在中子星上，
g可以很容易地达到10
12 m / s
2 ...正确的说法，有时我怀疑中子星和黑洞不过是超文明的巨型发电厂。 好吧，无论如何，不可能用这种“电池”飞入太空-因为要向上移动，它
必须充电而不是放电。
所以关于引力场就足够了。 我们还有哪些“其他”字段？
强
[ 690 ] -负责质子和中子在原子核中的相互吸引。 弱
[ 700 ]负责夸克的相互转化，表现为原子核的中子衰变和β衰变。 从我们的日常角度来看，所有这些都是原子能，因此我们在这里将它们结合起来，以典型的反应为例：
- 放射性衰变 。 有几种类型：
- -Alpha衰减。 铀238有一个核，铀234和一个α粒子成为核，再加上4.27 兆电子伏特能量（[ 530 ]）。 这比化学反应大六个数量级。 尽管铀的核很重，但每克铀仍可产生1.7 吉焦耳 。
- -Beta衰减。 有钴60，变成镍60，再加上电子，再加上反中微子，再加上伽马射线，再加上每个原子1.35 MeV。 注意，在（几乎所有）β衰变背后，实际上存在着“通过弱相互作用引起的中子衰变反应，这很容易用等式n 0 →p + + e-+νe（+ 0.782343 MeV）来描述。
- -还有其他十几种更罕见的衰变类型[ 705 ]
- 核裂变 。 有一个铀235核，我们用一个中子撞击它，我们得到了两个some和钡的核，再加上中子，每个核加180 MeV（[ 540 ]）。 这种易裂变材料的70克的能量相当于所有Proton燃料箱的内容物。
- 热核聚变 。 轻元素的两个核心发生碰撞，合并为一个较重的核心。 释放了能量，加上次级粒子。 当今最受关注的选择是氘和tri的反应：D + T-> 4 He + n + 17.6 MeV。 但是收集能量的“肮脏”也更少，反应更方便。
以武器的形式，上述所有知识已经掌握了很长时间。 除融合外，也以和平形式存在。 自1950年代以来，“ 15-20年”一直在他面前。 没错，我仍然相信这种综合方法，就像解决人类能源问题的主要方向一样。
放射性衰变（of和更轻的同位素，如
钴60和
铯137 ）一直在放射性同位素发生器
[ 710 ]和核电池中以β衰变
[ 720 ]活跃。 用于（半）民用的小型核反应堆在1950年代就开始成功制造[
555 ]。
用于裂变反应的火箭发动机也是已知的。
以下是1966-1972年的美国神经[
570 ]的试验：
[图片来源：威廉·科利斯（William R. Corliss），弗朗西斯·史威克（Francis C. Schwenk）-太空核动力（美国原子能委员会技术信息部的小册子）对NERVA核火箭发动机的测试。这里
[ 5 80 ] [ 5 83 ] [ 5 86 ]苏联RD-0410，1965-1980：
[图像学分[ 730 ]]对重量的渴望不是很好，因此对于第一步来说，它们并不是很合适。 您可以解决这个问题，这里有不同程度的可理解性的
想法 ，仅...仅此不是问题。
毕竟，如今，工程和医学和政治原因并没有太多地阻碍了将核能用于太空探索。 在事故，错误，恐怖主义期间，每个人都（而且理应如此）担心放射性污染。 我们真的不知道如何处理放射性损害，也不能对生物圈进行消毒。 一微克的一些长寿命同位素足以将一个人送入下一个世界。 这回 二-从核弹到核引擎，距离并不是很大。 真正将
潜在的敌方伙伴带入平流层的太空探索活动是什么，远走高飞呢？
在解决这些问题之前，我认为我们不会在航空航天中看到原子能的严重使用。 因此，用于流动站的电池（可能是同位素发生器上的电动推进器）最大。 las，将南极洲分配给联合核导弹轨道还有很长的路要走。 距离小说很远。
4.2.1。 但是，作为本节的一部分，值得一提的是诸如非核力量对半衰期的影响等有趣的影响。 我们习惯于认为原子自然衰变的速率是一个常数，不依赖任何事物，并且我们依靠这一事实进行放射性同位素定年
[ 740 ] 。 但这并非完全正确。 根据[
750 ]判断，物质的半衰期可能受物质的化学状态（包括电离），压力，超导转变，电场和磁场以及温度的影响。 不幸的是，有关此主题的大部分工作都受到付款要求的限制，因此，在不花两百美元的情况下，我无法引用主要来源，而不得不将自己限于次要报价单或摘要。 在那些对我感到好奇的人中，应该这样称呼：
- 放射性111 In和32 P的衰减率由于离心机中的旋转而发生了显着变化，周期的减少/增加的百分比取决于旋转的方向和速度[ 760 ]。 甚至看起来真是太好了，仔细检查这个结果也很好。
- 210 Po的半衰期降低了6.3％，这仅是由于将其封装在铜壳中并冷却至12K所致[ 770 ]。 也有疑问。
- hen 187是一种几乎稳定的同位素，其半衰期为420亿年，并且被完全电离（即还原为187 Re 75+的状态），从而将其寿命缩短至33年，即。 变得非常不稳定[ 780 ]。 而且这项工作相当可靠。
- 中性163 Dy稳定。 但是，被完全电离为163 Dy 66+时 ，它变成放射性，半衰期为50天！ [ 790 ]
这潜在的希望是可以理解的。 同位素衰变太慢会产生能量。 同位素电池和反应堆的电源管理。 稳定远处的超铀元素以进行存储和研究。 谁知道，甚至[
从罪恶中消失 ]？ 没错，今天任何在工程上合理的影响都将最大程度地降低衰减参数，物理学似乎从未预测过任何地方的“魔术峰”，但谁知道，谁知道...
4.2.2。 激发核和旋转核如果由普通物质提供的飞轮的能量供应受其抗拉强度的限制，那么如果核物质“扭曲”，结果会不会有所改善？ 她会更坚强吗？
总体而言，答案是肯定的，尽管背后隐藏着许多微妙之处，我只想赶到最顶层。 对于将本文的主题遗漏成两段的巨大遗漏和简化，我预先表示歉意。
首先，原子核整体上可以或多或少地旋转。 像一滴核液（[
800 ]，[
810 ]，[
820 ]）。 可以“解开”此类籽粒的典型自旋为
30-100ħ ，然后“撕裂”。 但是在此之前，它们每个原子存储10-200 MeV的能量。 类似的“自旋”也可以启动或加速（甚至稳定的）原子核的衰变。 的确，我们今天拥有的晋升方法是野蛮的，不适合能源行业：知道加速器中的某些撞击会通过，用加速器中的重粒子盲目轰炸原子核。 好吧，据我所知，这种原子核的寿命通常很小（但是，我不是专家，如果人们加入知识渊博的人，我会很高兴）。
其次，芯可以“部分地”旋转。 当其中只有几个核子转移到更高的能级时（[
830 ]，[
840 ]），近似像激发原子中的电子。 这种状态的自旋高达几十of，每个原子核的能量储备从几十eV到几十MeV，但是寿命……寿命有时非常诱人。 因此，
is异构体
178m2 Hf可以 “生存” 31年
[ 832 ] ，，
166m1 Ho- 1200年
[ 832 ] ，
rh 186m Re -20万年
[ 835 ] 。 从激发态到基态，此类原子核仅发射伽马射线。 既没有中子感应辐射，也没有非常脏的碎片，也没有α或β粒子。 一切都很干净，至少出于这个原因很诱人。
但是，仍不清楚如何将能量泵入此类异构体然后再将其回收。 自2000年以来，有关这一主题的年度科研工作已引起很大争议
[ 850 ] 。 有人声称成功，其他人则发表反驳。 所有这些看起来都非常可疑。
值得一提的是，质子也可以通过将其转移至自旋3/2或更高的激发态而“扭曲”（[
860 ]，[
865 ]）。 第一个这样的状态已经具有比基数高479 MeV的能量。 不幸的是，这些结构的寿命不超过1.5 * 10
-16秒。
本文是为网站https://habr.com撰写的。 复制时，请参阅来源。 本文的作者是Evgeny Bobukh 。4.2.3外来原子 [ 870 ]好吧，对于零食-原则上，物质不仅可以由质子，中子和电子构成，还可以由其他粒子构成。 许多“外来”核都是通过实验合成的，有时拥有巨大的能量储备。 不幸的是，它们的寿命都不超过10微秒，并且通常要短得多。
4.3。 但是不要解雇我们经纪人吗？
为了绕过普通物质的“贪婪中间人”将能量存储在电磁场中，有必要从原子间空间中去除电磁场。 路径本身并不新鲜。 在过去的200年中，我们一直在前进，并在此道路上收集了许多有益的成就。
(
) 1800- :
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. Disclaimer.
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--因此，我们希望设计一种用于在电磁场中存储能量的设备，其能量密度应超过弹簧极限。 这意味着在设备的很大一部分中，必须出现很高的磁场压力
p =（
E 2 +
B 2 ）/8π。 用普通的物质来抵抗它们是不可能的：我们遇到了弹簧极限（
σ /
ρ ）。 还有什么其他力量可以反对呢？ 在纯形式上，电磁不是根据Earnshaw定理
[ 880 ]进行的 （尽管有一些模糊的猜测：如果我们组装一个不稳定的，
不处于平衡状态的系统该怎么办？）在我们的尺度上，引力太弱了。 仍然是核的。 因此，我们押注强大的互动。
取the核
Kr 。 我们从中切断所有电子以获得
Kr 36+离子。 通过将[290]第411页的表19.2中的数字相加即可得出所需的总能量，约为76340 eV。 如果允许该原子将电子捕获回去，那将突出多少（主要是光子形式）。 每公斤为87兆焦耳-不错的开始。
因此，这里是一个超能量密集型电容器：一个
球形的完全电离的k原子，在无限真空中单独漂浮：
是的...“这里有些问题。” 您在一个原子中存储多少？ 好多 但是，一旦我们制造了至少两个这样的原子，相互排斥就会立即使它们以不同的无穷大角度彼此分开！ 事实证明，这些带电离子仍需要以某种方式作为一个整体存储。 需要一个潜在的孔，可以将它们塞满。 该怎么做呢？
我们进入第二轮：普通物质不可能发生-离子将立即被吸引并从中吸取电子。 从电场中不可能做到这一点：高斯定理
[ 890 ]禁止静电阱在其内部没有电荷，并且在有电荷的地方，装置就终结了。 但是从磁性...从磁性，您可以尝试！
我们回想起镜像单元。 他是一个磁瓶：
[图片来源：作者：用户：WikiHelper2134，CC BY-SA 3.0， https ：//commons.wikimedia.org/w/index.php？curid = 29562309 ]直到发生碰撞，电场和辐射梯度的有限性，位于设备中部（电场较弱）的任何带电粒子都将保留在那里，并绕力线缠绕。 我们假设一切都存储在（几乎）绝对零，并且可以忽略冲突。 可以将多少个阳离子塞满这种系统？ 我们给出了一个粗略的估计，忽略了像3或
π这样的无量纲数值因子。 当然，这将导致多达数十次的错误，但会大大简化计算过程。 如果结果有趣，我后面的聪明人会更准确地重述。
令离子云（和整个系统）的特征尺寸
r 。 云的体积密度为
n 。 离子的电荷为
eZ 。 因此，电荷
q =
r 3 neZ包含在云中 ，其表面的排斥电场为
E =
q /
r 2 =
reZn 。 该场在云上的推动压力为
p =
E 2 =（
reZn ）
2 。 它与
B 2系统
的总磁压的一小部分
β相对：
（
reZn ）
2≈βB 2系统的磁能为
B 2 r 3 。 为了确保这一点，需要一个质量为
m =
X *
B 2 r 3 /（
σ /
ρ ）的强大机械系统（线圈，挡块），其中
X是结构的“碎屑”系数，显示出它比最小可能重几倍（根据[
370 ]，在最佳现代线圈中，
X是10-30），而（
σ /
ρ ）是线圈材料的弹簧极限。 从前面的表达式表达
B 2 ，我们得到“蓄积器”质量的估计值：
m =
Xr 3 （
reZn ）
2 /（
β （
σ /
ρ ））
最后，这些离子中存储了多少能量？ 离子的总电离能（如果加起来约为
[ 900 ] ）为W≈Z
2 *
Ry ，其中
Ry = 13.6 eV是里德堡能。 这些离子中我们有
3个 。 总的来说，该系统包含势电离能
W =
Z 2 *
Ry *
nr 3 。
现在我们将第一个划分为第二个，我们得到的能量储备为每千克焦耳：
w =
W /
m =（
β /
X ）*（
Ry /
ne 2 r 2 ）*（
σ /
ρ ）
最后一个括号是弹簧极限。 她面前的一切都是他被超越了多少次。 在什么条件下，这种多余至少会是单一的（即为设计而战是否有意义）？ 我们写：
K =（
β /
X ）*（
Ry /
ne 2 r 2 ）> 1
回想一下Rydberg能量
Ry =
e 2/2 r b的表达式，其中
r b是玻尔半径
r b = /
2 /
me 2 。 我们得到了克服弹簧极限的条件：
nr 2 r b <（
β/ KX ）
即
该系统足够小，或者具有足够稀疏的离子云，因此可以确保跳过弹簧极限。 这要归功于来自磁场的一种“杠杆”。 普通物质“保持”磁场，而磁场“保持”高电荷离子的地方。
的确，如果
r = 100 cm，
X = 30，
β = 0.1，
K = 1，则
n不应超过6 * 10
3 cm-3。 这是
非常 “薄”的等离子体。 这样的阱中的总能量含量将为W≈Z2 *
Ry *
nr 3 ＝ 10
-4焦耳。 就质量而言，这可能是好的，但就总能量而言，这是令人遗憾的。 您必须将陷阱增加到行星尺寸，或者...“更改整个系统”。 例如，使其准中性。 或者尝试不使用磁阱而是使用
速调管来保持重离子。 通常，需要考虑一些事情。
总的来说，结果是……一个“假人”，它也是一个“电磁陷阱，像她一样……是一个七十七岁的物体”。 但是至少有可能在不违反物理定律的情况下获得乐趣。
4.4。 为何还要烦恼与您一起拖曳火箭 本身的能量呢？
原则上低。 如果将火箭作为开放系统，则可以实现很多目标。 这些想法中的一些已经在起作用，而另一些则与实际实施相距甚远（并且可能是永久性的）。 我在这里收集它们以显示：还有其他选择。 让其具有不同程度的可靠性。
4.4.1。 不携带氧气的“呼吸”发动机。他们已经在航空领域工作了很长时间，但速度高达3-4马赫。 只有在本世纪才有信心突破这一上限。 美国，中国和印度以5-6马赫的速度成功地测试了
[ 910 ]超燃冲压发动机
[ 905 ] （俄罗斯，即使在第95年，似乎也难以理解）。 中国的WU-14
[ 915 ]能够将速度提高到10M。的确，所有这些好东西并不是为太空探索而制造的，而是旨在制造机动性强，难以拦截的弹道导弹。
4.4.2。 激光火箭动力 [ 920 ] 。
火箭只携带工作流体。 地球上有一个适合发电的发电厂，可以通过激光或微波激射器将能量传输到火箭。 也许直接蒸发工作流体。 也许是通过ERD间接获得的。 看起来很有希望。 在实践中，这很困难：并且这种力在空气中的能量流聚焦不佳，并且单独制造这样的激光器并不容易。
4.4.3。 用电线为火箭供电！疯了吗 当然可以 但是ATGM飞行4公里
[ 930 ] 。 是否有可能至少进行10次传输，并通过它们传输至少千兆瓦的功率？ 我弄清楚了，可以在半径5厘米的钢铝“电线”上传输1吉瓦功率10秒钟，持续100秒，直到该电线由于过热而失去强度。 的确，有400吨重的铁丝很重。 而且没有灵活性。 这就是侮辱，导线材料的参数（密度，电阻率，热容量，允许的加热）仅以1/6的程度输入
半径的
表达式 。 也就是说，在没有合理替代材料的情况下，这5厘米到2毫米不会旋转。 但是！ 5厘米几乎是...铁轨。 事实证明，电磁炮[
940 ]。 而且，如果您更准确地选择一种材料，那么可以完成10公里长的工作。 考虑到这一点，几乎可以替代第一阶段。
4.4.4。 我已经可以听到“
太空电梯 ”的呼喊声。
不幸的是，这个想法除了明显的困难（例如，如何处理已经在轨道上漫游的卫星？）之外，还有一个根本的弱点。 如果我们计算在这种电缆的底部产生的拉压力，
则按数量级，我们得到
p =
ρgR ，其中
R是行星的半径。 将其等同于材料的抗张强度
σ ，并找到防止该电缆断裂所需的比率
σ /
ρ ，我们得出
σ /
ρ≈gR = 60 MJ / kg。 也就是说，如果可以使用太空电梯，那么就在我们的弹簧极限的边缘。 因此，这令人怀疑，非常令人怀疑。
4.4.5。 “在今天的尸体上飞得比月球还远，这是撒哈拉沙漠中的水母步行探险”因为有太多的生命支持和保护系统无法将这些尸体运送通过太空。 如果我们重1克，那么我们是否已经填充了太阳系？ 如果我们生活了十亿年，我们就可以乘太阳帆飞向邻近的恒星。 如果我们是机器人，我们将不需要为火星定居而使其地形化，并且可以在冥王星周围行走。 那些希望继续的人-一个充满幻想的感激话题。
完成 。