Fusion reactions and matter–antimatter annihilation for space propulsion

Abstract

RÉSUMÉ : La fusion par confinement magnétique (FCM) et la fusion par confinement inertiel (FCI) sont comparées dans le contexte de missions à longue distance, à travers le système solaire. Ces deux approches montrent des capacités manoeuvrières bien supérieures, à celles de la propulsion cryogénique standard (PCS). Les contraintes de coût sont bien inférieures à celles exigées par la production d'énergie, au sol. Un problème crucial est celui du décollage (problématique des 300 premiers kms), étant donné les risques de pollution radioactive de la basse atmosphère. Il est recommandé d'assembler le vaisseau spatial à haute altitude ~ 700 kms, ou mieux, sur la lune. En ce qui concerne les impulsions spécifiques en sec, on s'attend à 500-3000 pour la fission, et jusqu'à 10 4 -10 5 pour la fusion deuterium + tritium.Enfin, on aborde la réaction de fusion la plus performante, l'annihilation pp avec I sp (sec) ~ 10 3 -10 6 et un rapport poussée/poids ~ 10 -3 -1. Production et coûts sont détaillés, autant que possible. Ces derniers pourraient être réduits de quatre ordres de grandeur, si la fusion contrôlée devenait économiquement viable.On discute plusieurs schémas de propulsion par annihilation matière-antimatière. On accorde une certaine attention à la propulsion par fusion inertielle et catalysée par annihilation de p , et en particulier, au projet ICAN-II, potentiellement en mesure d'atteindre Mars en 30 jours en utilisant une fusion catalysée par 140 ng de p avec une impulsion spécifique ~ 13500 sec.ABSTRACT: Magnetic confinement fusion (MCF) and inertial confinement fusion (ICF are critically contrasted in the context of far-distant travels throughout solar system.Both are shown to potentially display superior capabilities for vessel maneuvring at high speed, which are unmatched by standard cryogenic propulsion (SCP).Costs constraints seem less demanding than for ground-based power plants. Main issue is the highly problematic takeoff from earth, in view of safety hazards concomitant to ratioactive spills in case of emergency. So, it is recommended to assemble the given powered vessel at high earth altitude ~ 700 km, above upper atmosphere.

Matter/Anti-Matter Propulsion

“…By the late 1990s and early 2000s, anti-matter propulsion became a topic of increased research and discussion [11][12][13]. In the United States, at least two programs were undertaken to further matter/anti-matter propulsion.…”

Novel Consequences of Coexistence of Matter and Antimatter in Nature

“…The idea is to store a tiny amount (few micrograms) of antimatter (say antihydrogen) in electromagnetic controlled cavity and allows part of it to mix with a huge amount of stored matter (say hydrogen, deuterium, tritium or helium gas). The resulting annihilation energy could be stored and used as a fuel for space shuttle engines, (see Deutsch [18] and Abdel-Raouf [19]).…”

Feasibility of new laser fusion by intense laser field

“…Various applications have been proposed and tried besides laser fusion. (Borghesi et al, 2007;Bourdier et al, 2007;Deutsch & Tahir, 2006;Kuehl et al, 2007;Kumar et al, 2006;Flippo et al, 2007;Lie & Imasaki, 2005;Lifschitz et al, 2006;Sakai et al, 2006;Sherlock et al, 2006;Ostermeyer et al, 2007;Hoffmann et al, 2005). We have proposed a feasibility of a new approach to laser induced nuclear reaction using intense laser field.…”