Referat fra medlemsmøte i TAF 9. november 2006

• Terje Bjerkgård tok opp bestillinger på Himmelkalenderen 2007. Ni nye ble bestilt, og vi er nå oppe i 30 stk. Vi får derfor maksimal rabatt.

• Birger etterlyste hjelp til mulig observasjonskveld for NTNU-studenter fredag 10. november. Det er generelt veldig vanskelig å få folk til å stille opp på slike arrangementer.
• Etter foredraget var det sosialt samvær med servering av kaffe og innkjøpte kaker.
• En del medlemmer tittet på/i Bjørn Willmanns nye kikkert etter foredraget.
• 2 stk "Astronomi" nr. 1/2007 var mottatt som gave fra Norsk Astronomisk Selskap. Ingen av disse ble solgt.

Foredrag - "Antimaterie: Fremtidens rakettdrivstoff" av Tom Reidar Henriksen (TAF)

Elektrisk ladet antimaterie lagres i magnetfelt. Størst gevinst gir lagring av nøytralt ladet antimaterie, men utfordringene er store med å unngå kontakt med vanlig materie. Elektroner og positroner kan for eksempel settes i bane rundt et felles tyngdepunkt. Magnetfelter strekker ut banene slik at sannsynligheten for kollisjon er svært liten. På denne måten påstås det (Positronics Research LLC) at positroner kan lagres i årevis uten store tap.

En god del av forskning på produksjon, oppbevaring og anvendelse av anti-materie drives i regi av, eller i samarbeid med, forsvaret i USA. Hemmelighold gjør det derfor vanskelig å vite hvor langt man er kommet på dette feltet.

Høy I_sp er helt avgjørende dersom man skal opp i svært høye hastigheter. Ellers vil drivstoffet måtte utgjøre nesten 100% av romfartøyets startvekt, og romfartøyene blir håpløst tunge og dyre. For bemannede romferder ved "lave" hastigheter (10-100 km/s), for eksempel Romfergen, er skyvkraften mye viktigere enn spesifikk drivstoffeffektivitet. Årsaken er at man da er opptatt av å akselerere fort for å spare tid, snarere enn å oppnå høy slutthastighet ved forsiktig akselerasjon over lang tid. Drivstoff med høy I_sp har nemlig som oftest lav skyvkraft og derved langsom akselerasjon. Ionemotorer som nå brukes for et økende antall romsonder er et eksempel på en løsning som har bra effektivitet, men liten skyvkraft.

• ACMF-prinsippet (Antimatter-Catalyzed Microfision-Fusion) : Her brukes antimaterie som "katalysator" i fisjonsinitiert Deuterium-Tritium fusjon. Energien fra annihilering av antimaterie brukes til å starte fisjon av uran, som igjen starter fusjon av de to hydrogenisotopene deuterium og tritium. Man lager små dråper av 90% deuterium og tritium samt 10% ²³⁵U. Deuterium (²H) er hydrogen med to kjernepartikler, dvs. et proton og et nøytron og tritium (³H) er hydrogen med to nøytroner, Dråpene har volum 1 mm³. Man "tenner" fisjonen av uran for en og en pellet ved annihilasjon av anti-protoner som frigjør de nødvendige nøytronene for å starte en kjedereaksjon. Energien fra fisjonen tenner så deuterium-tritium fusjonen som i sin tur gir ekstrem oppvarming av silisiumkarbid (SiC). Karbiden bryter opp og fordamper til plasma (ablasjon) og kastes ut av rakettdysa med stor hastighet. Kraften fra dette utkastede materialet gjør at raketten får en tilsvarende kraft i motsatt retning jfr. Newtons lov om kraft = motkraft. Raketten akselereres derfor. Man trenger 130 nanogram anti-protoner for å fisjons-fusjonere de nødvendige 800 gram pellets for å gjennomføre en 120 dagers bemannet tur-retur reise til planeten Mars (inkl. et 30 dagers opphold på Mars) med et romskip som ved oppskytning veier 707 tonn. De 800 gram pellets varmer opp i alt 362 tonn SiC som altså skaller av og kastes bakover med enorm hastighet for å skape framdrift. Hovedproblemet med denne metoden er at det dannes uønskede høyenergetiske nøytroner ved fusjonen. Fordelen er at dette er den fusjonsprosessen som tennes ved lavest temperatur, "kun" ca. 100 millioner grader. I_sp for en slik rakettmotor er beregnet til 13500s, altså 30 ganger mer effektiv pr kg drivstoff enn romfergedrivstoff.
• AIM (Antimatter-Initiated Microfusion) : Her brukes Helium-3 fusjon med deuterium som energikilde (D+³He à ⁴He + H + 18 MeV energi). Denne fusjonsprosessen "tenner" ved ca. 1 milliard grader. Den gir ingen brysomme biprodukter. Metoden går ut på å lage en sky av anti-protoner i et magnetfelt. 42 nanogram tunge deuterium-³He pellets med et tynt skall av uran- eller bly sprøytes inn i reaktoren jevnt og trutt. Det er ikke nødvendig med ²³⁵U siden ingen kjedereaksjon skal settes i gang. Uranet i hver pellet fisjonerer, og fisjonsvarmen skaper et ³He-Deuterium-plasma (plasma = gass bestående av elektrisk ladde partikler, dvs. ioner) som gir en plasmasky. Temperaturen økes ytterligere i et 600 kV spenningsfelt slik at plasmaen fusjonerer. Så gjentas sekvensen for neste pellet. Energien brukes til å varme opp hydrogen som i et konkret prosjektert design spruter ut av rakettdysene med en hastighet på ca. 600 km/s og gir fremdrift i henhold til Newtons nevnte lov. I_sp for en slik rakettmotor er beregnet til 61000s, altså 130-140 ganger mer effektiv pr kg drivstoff enn romfergedrivstoff.
• Direkte annihilasjon av antimaterie : Denne metoden går ut på å annihilere for eksempel positroner med elektroner, og å bruke den frigitte energien til å varme opp drivstoffgass som akselereres til svært høy hastighet før den forlater en dyse. Flere ulike design ble beskrevet. Solid core og gas core utførelser gir I_sp-verdier på inntil noen tusen sekunder, mens plasma core gir fra fem til hundre tusen sekunder. Navnet forteller her hvilken aggregattilstand mediet som opptar energien befinner seg i. Såkalt Beamed core design varmer ikke opp en ekstern gass men skyver de ladde reaksjonsproduktene direkte ut. Dette kan gi I_sp-verdier helt opp i 10 000 000 sekunder. I denne varianten annihileres flytende hydrogen og pellets av anti-hydrogen molekyler i et kraftig magnetfelt, og de produserte ladde pionene sendes ("beames") ut av en magnetisk rakettdyse med nær lyshastighet. Med en slik motor kan man nå 10% av lyshastigheten dersom 35% av startvekten er drivstoff (hydrogen og anti-hydrogen). Fotonmotorer og ablasjonsraketter (faste stoffer som fordamper og skyter ut bak raketten når de varmes voldsomt opp) ble også beskrevet. En utfordring er at materialet som skal varmes opp (ablasjonsmaterialet, væsken eller gassen/plasmaet) må absorbere gamma-stråling med energi 511 keV på en effektiv måte siden strålene har dette energinivået. SiC er et egnet ablasjonsmateriale jfr. ACMF-eksemplet ovenfor. Bly kan brukes til å fange energien før den overføres til drivstoffet ved en lengre bølgelengde, dvs. stråling med mindre energi pr. "strålingspakke" eller foton.

Birger andresen, Referent
10. november 2006