Strange Paths
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Message lambda0 le 28 Août 2007 07:36

Gilgamesh a écrit:
lambda0 a écrit:
Effectivement, dans sa forme actuelle, un générateur de 1 GW basé sur ce principe nécessite la construction à côté d'une usine capable de retraiter environ 1 million de tonnes de déchets radioactifs par an.

:shock: Gloups.
Un million de tonnes par irradiation ?

C'est la production totale de déchets pendant un an. Chaque tir génère entre 50 et 200 kg de déchets irradiés, la cadence étant de 0.1 à 1 Hz...

Gilgamesh a écrit:
Merci pour la correction. J'ai l'impression que ce sont les "2 milliards de degrés" qui séduisent, et puis le fait que ce ne soit ni militaire (fusion inertielle par tir laser) ni institutionnel (tokamak ITER).

Oui, c'est ça. Beaucoup de confusions entre température, puissance, et énergie. De plus, si on y regarde de près, ce système a de nombreux inconvénients, dont le moindre n'est pas cette monstrueuse production de déchets radioactifs (patatra pour ce mythe de la "fusion propre" !), et est de toute façon très en deça des performances des tokamaks.

Gilgamesh a écrit:
lambda0 a écrit:
Pour l'instant, Bussard a bien du mal à trouver des financements, et son système n'est connu que par quelques blogs.
Dommage.

Je suis assez mal à l'aise par rapport à ça. Est ce que Bussard exagère dans sa lettre ouverte (publiée sur fcs) ? Est ce que c'est l'aveuglement du solitaire ou de la pure lucidité ?

Difficile à dire. Je lui accorde le bénéfice du doute parce que ce n'est pas le premier charlatan venu, il a un CV impressionnant, travaille dans le domaine de la fusion depuis des décennies. Mais pour l'instant, on a quand même pas grand chose à se mettre sous la dent à part des articles de vulgarisation, ou traitant des applications. Aux dernières nouvelles, il serait en train de rédiger un article d'une centaine de pages décrivant de façon plus approfondie la théorie de son dispositif. J'attend ça avec impatience, si cet article est accessible.
De plus, il y a des centres de recherche qui travaillent sur différentes variantes des réacteurs IEC, donc a priori, c'est de la bonne physique.

Gilgamesh a écrit:
lambda0 a écrit:
Cependant, les gens de Los Alamos travaillent sur une autre variante très intéressante...

Tu en dis trop ou pas assez, là :P . Sur le même principe de confinement électrostatique ?
a+

Oui, c'est aussi un réacteur IEC, d'une géométrie un peu différente.
http://www.lanl.gov/p/rh_pp_park.shtml
Voici une thèse sur le sujet
http://ssl.mit.edu/publications/theses/ ... Thomas.pdf
Par contre, je ne jurerais pas que les applications visées sont vraiment pacifiques...

A+



Message Gilgamesh Moderator le 28 Août 2007 12:10

lambda0 a écrit:

Cependant, les gens de Los Alamos travaillent sur une autre variante très intéressante...
(...)
Oui, c'est aussi un réacteur IEC, d'une géométrie un peu différente.
http://www.lanl.gov/p/rh_pp_park.shtml
Voici une thèse sur le sujet
http://ssl.mit.edu/publications/theses/ ... Thomas.pdf
Par contre, je ne jurerais pas que les applications visées sont vraiment pacifiques...

A+


Très intéressant ces deux papiers. Et ça prouve que le concept intéresse du monde, y compris pour la propulsion spatiale, avec différents carburant (DD, D-He3, He3-He3...).


C'est assez drole que le premier usage envisagé de ce type de dispositif le soit comme source de neutrons (médical ou pour la détection de mines)...


Sinon, une petite question technique : à ton avis, est ce que le fait de travailler avec des "POPS" explique la différence de voltage entre l'équipe de Los Alamos (<1kV) et celle du MIT (10-100 kV) ?

Ca fait bizarre d'imaginer qu'on puisse provoquer la fusion avec des potentiels de 100 V :shock:


a+

===

Tiré de la thèse, je stocke ici le graph des sections efficaces, il est bien net.

Image



Message lambda0 le 28 Août 2007 12:48

Gilgamesh a écrit:
Très intéressant ces deux papiers. Et ça prouve que le concept intéresse du monde, y compris pour la propulsion spatiale, avec différents carburant (DD, D-He3, He3-He3...).
C'est assez drole que le premier usage envisagé de ce type de dispositif le soit comme source de neutrons (médical ou pour la détection de mines)...

En fait, c'est assez logique : ces réacteurs sont pour l'instant très loin d'être des sources d'énergie, la faisabilité pour cette application n'a pas été démontrée, par contre ils peuvent avoir un intérêt commercial en tant que source de neutrons.
C'est une grande différence avec les "monstres" style ITER, fusion laser, Z-truc, etc. : il y a des applications intermédiaires (civiles!) pour les réacteurs IEC dans des configurations pas trop coûteuses, qui peuvent permettre une forme d'autofinancement du développement.

Gilgamesh a écrit:
Sinon, une petite question technique : à ton avis, est ce que le fait de travailler avec des "POPS" explique la différence de voltage entre l'équipe de Los Alamos (<1kV) et celle du MIT (10-100 kV) ?

Oui, tiens, c'est bizarre, comme c'est répété, ça ne semble pas être une faute de frappe. Ils ont peut-être fait une manip simplifiée, avec des ddp assez faibles, juste pour démontrer l'effet. Si le système se met réellement à rayonner de l'énergie de fusion, ça complique tout de suite la manip parce qu'il faut prévoir du blindage antiradiations. Je n'ai pas d'autres détails sur la manip du LANL, et je ne suis même pas sûr qu'il s'agisse de la même tension que dans la thèse du MIT.
Bon, maintenant, pour une démonstration de fusion sur un mélange D-T, ou même D-D, on a besoin de quelques keV, ce n'est donc pas si loin des bonnes valeurs, ils manipulent des tensions de quelques centaines de V.

A+



Message Gilgamesh Moderator le 28 Août 2007 18:13

lambda0 a écrit:
C'est une grande différence avec les "monstres" style ITER, fusion laser, Z-truc, etc. : il y a des applications intermédiaires (civiles!) pour les réacteurs IEC dans des configurations pas trop coûteuses, qui peuvent permettre une forme d'autofinancement du développement.


Oui, c'est un chance.



Ce serait rigolo quand même que le principe de confinement permettant la propulsion de l'Arche provienne d'un des inventeurs de la télévision et du radar.

Suivi d'un appareil aux allure pas possible appelé "Fusion Star"


Image

:P

Il y a un lien depuis l'article Wiki.en sur l'Hélium-3
http://members.tm.net/lapointe/IEC_Fusion.html


So what does nuclear fusion have to do with high voltage? To answer that, let us turn back the clock to the late 1930's and the activities of one Philo T. Farnsworth. Philo was single handedly inventing broadcast television and designing all of the electron tubes (transistors are still two decades in the future) necessary to make it work. Sadly, shortly after his first public demonstration, the Japanese sucked us into World War Two. The government drafted Philo and put him to work at MIT's Radiation Laboratory where he developed a new toy, dubbed RAdio Detection And Ranging. As you may know, many people believe that radar won WWII (whereas the nuclear bomb only ended it). Clearly, Philo was a fairly bright individual.

Now, let's fast forward to the 60's. The cold war is in full swing. Television has become the Boob Tube. Philo is working as a wage slave at International Telephone and Telegraph. At this time ITT had an active nuclear physics program and the hot topic was controlled fusion. I don't know the circumstances, but apparently Philo learned about the fusion problem and realized that he already knew how to solve it. In his earlier work with electron tubes he had developed a diode tube to handle enormous currents using what he termed virtual electrodes (actually, inertially confined plasma). The device consists simply of a spherical wire grid inside of an evacuated spherical conductive shell. Placing a high negative potential on the inner grid causes ionization of the residual gas and acceleration of the cations towards the center of the device where a high density plasma is formed. This plasma is then continuously bombarded with high energy cations. Philo figured that if the tube was filled with a mixture of deuterium and tritium (two heavy isotopes of hydrogen that undergo fusion at relatively low energy) the plasma density and bombardment energy of his virtual electrode diode should be sufficient to initiate stable fusion. It worked great, generating lots of fast neutrons, helium and energy and Philo filed several patents (all assigned to ITT). About the same time that Philo was having success with his fusion reactor, ITT decided to ax its nuclear division. Philo was forced into retirement and died shortly thereafter. One of his collaborators from ITT got a look at what the Russians were doing with magnetically confined plasmas and loudly announced to the physics community that Tokamaks were the wave of the future for fusion research (this may have been due in part to disillusionment with all things ITT and the realization that ITT still held the patents on IEC fusion, essentially placing this area of research off limits to him) and IEC fusion was forgotten.

In the mid 90's ITT's fusion patents began to expire and interest in IEC fusion was reborn. Several research programs are being pursued, in government, university and industrial labs. The Astrium division of the European Aeronautic Defense and Space Corporation (formerly Daimler-Chrysler Aerospace) has commercialized a small unit (the "Fusion Star") as a portable neutron source. Their are even a few amateurs mucking about with IEC reactors. I don't know about you, but I find the idea of building a nuclear reactor in my basement very appealing...



Citer:
Oui, tiens, c'est bizarre, comme c'est répété, ça ne semble pas être une faute de frappe. Ils ont peut-être fait une manip simplifiée, avec des ddp assez faibles, juste pour démontrer l'effet. Si le système se met réellement à rayonner de l'énergie de fusion, ça complique tout de suite la manip parce qu'il faut prévoir du blindage antiradiations. Je n'ai pas d'autres détails sur la manip du LANL, et je ne suis même pas sûr qu'il s'agisse de la même tension que dans la thèse du MIT.
Bon, maintenant, pour une démonstration de fusion sur un mélange D-T, ou même D-D, on a besoin de quelques keV, ce n'est donc pas si loin des bonnes valeurs, ils manipulent des tensions de quelques centaines de V.


Ok.

Si je dispose de la température et de la section efficace, est ce qu'il y a une formule à la louche pour calculer le taux de réaction, ou c'est vraiment compliqué ?


a+



Message lambda0 le 29 Août 2007 07:36

Gilgamesh a écrit:
Si je dispose de la température et de la section efficace, est ce qu'il y a une formule à la louche pour calculer le taux de réaction, ou c'est vraiment compliqué ?


En fait, la notion de température n'est pas si pertinente pour les réacteurs IEC, puisque la distribution de vitesse des ions est très différente d'une distribution de Maxwell-Boltzmann.
Par ailleurs, les courbes vraiment utiles ne sont pas les courbes de section efficace que tu donnes plus haut, mais les courbes de réactivité, noté <sigma.v>, intégrale du produit de la section efficace par la vitesse, calculé sur toute la distribution.
A partir de là, on calcule le taux de réaction en fonction de la densité des ions.
Voir ici pour une introduction :
http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_fusion

Attention cependant : ces courbes <sigma*v> sont en général donnée pour une distribution de Maxwell-Bolztmann, donc pas applicable ici. Pour un calcul simplifié, on peut considérer que tous les ions sont à la même vitesse, déterminée par la tension d'accélération, et la réactivité est donc simplement sigma*v (en réalité, il doit y avoir aussi une dispersion des vitesses radiales quand les ions font des allers-retours mais idéalement, on cherche à minimiser ces effets).

A+



Message Gilgamesh Moderator le 09 Décembre 2007 12:16

Salut,

Une nouvelle intéressante piochée sur Slashdot : une équipe de l'Université de Californie a trouvé que des bactéries pouvaient induire la formation de nanotubes. Shewanella est une bactérie reductrice, capable de former ici un sulfure d'arsenic à partir d'As et de sulfate S2O3. Une fois le composé formé sous forme amorphe, après incubation, il se forme - selon un processus à éclaircir - des nanotube de 30 micron d'As-S. Il est envisagé que les polysacharides bactériennes jouent le rôle de "patron" pour la croissance des tubes.

L'intérêt manifesté par les chercheur c'est de produire un composé ayant des propriétés intéressantes en microélectronique qui n'est pas encore produit par des processus abiotiques.

Dans le cadre de la physique de l'Arche c'est l'inverse qui m'intéresse. Cette news indique qu'il n'est pas absurde d'imaginer qu'une cellule végétale modifiée puisse produire une parois incluant des nanotubes de carbone et d'augmenter de cette manière la résistance à la traction.



Published online before print December 7, 2007
Abstract:
Biogenic formation of photoactive arsenic-sulfide nanotubes by Shewanella sp. strain HN-41

Microorganisms facilitate the formation of a wide range of minerals that have unique physical and chemical properties as well as morphologies that are not produced by abiotic processes. Here, we report the production of an extensive extracellular network of filamentous, arsenic-sulfide (As-S) nanotubes (20–100 nm in diameter by ~30 µm in length) by the dissimilatory metal-reducing bacterium Shewanella sp. HN-41. The As-S nanotubes, formed via the reduction of As(V) and S2O32-, were initially amorphous As2S3 but evolved with increasing incubation time toward polycrystalline phases of the chalcogenide minerals realgar (AsS) and duranusite (As4S). Upon maturation, the As-S nanotubes behaved as metals and semiconductors in terms of their electrical and photoconductive properties, respectively. The As-S nanotubes produced by Shewanella may provide useful materials for novel nano- and opto-electronic devices.



Message Gilgamesh Moderator le 22 Décembre 2007 13:41

Je remet ici l'article sur le concept de Ice Rocket de Vos Post

Hydrogen Ice Spacecraft for Robotic Interstellar Flight
by Jonathan Vos Post, F.B.I.S. 1

(...)

2.0 DESIGN OF HYDROGEN ICE SPACECRAFT
(...)

The ideal spacecraft can be lightweight, inexpensive, and fuel efficient by using balls of hydrogen ice as both structure and fuel. Hydrogen may be "exotic" in its structural function, because it has the tensile strength of butter, but it accounts for over 75% of all matter in the universe and costs under $10 per pound. The material can be stiffened with the admixture of carbon or boron fibers, or various particulates.

Balls of modified hydrogen ice first serve as structure, then are detached, liquified or turned into slush, and channeled into a fusion reactor as fuel. In this way, almost all non-essential parts of the spacecraft are consumed during the mission. (...)

This type of "autophage" (self-consuming) spacecraft achieves an extremely low dead-weight fraction, which is a critical parameter for optimizing the performance of interstellar spacecraft. (...)

To reduce the volatility of hydrogen ice, a particular self-refrigerating structure was invented by James Stephens, analyzed quantitatively by James Salvail at the University of Hawaii

Concentric spheres of very thin metal (i.e. lithium) or metallized mylar coating thicker concentric spherical shells of hydrogen ice are connected to each other by at least two rods made of a material that has very low thermal conductivity. This is necessary so that the spheres above the instantaneous level of the subliming ice surface do not move relative to each other. The outer shells are highly reflective, thick enough to provide reasonable structural integrity. The inner spheres are made of the same materials, but much thinner (is much less than 0.1 cm), as they are merely radiation shields.

The radiation shields and outer hulls must contain enough sufficiently sized holes or pores so that sublimed hydrogen molecules are quickly lost into space. The evacuated spaces between the slowly receding ice surface and the outer hulls thus have negligible gaseous heat conduction because the gas is very rarified. Gas flux is small enough that heat convection is also negligible.

Under these conditions, the escaping sublimed hydrogen expands and refrigerates the remaining concentric spheres, maintaining a temperature well below the 20o K melting point of hydrogen; the nominal system temperature is 5o K.

The system as a whole as conceived by James B, Stephens includes: (1) ice embedded insulation, (2) vapor cooled insulation, (3) isomer conversion catalyst integral with insulation, (4) Infrared photon reflective and vapor conductive insulation, (5) vapor cast crystalline hydrogen ice using nuclear magnetic resonance heating of non-crystalline ice, (6) self-forming filamentary insulation from dispersed particles in the ice that cohere due to ice cleaning.

The attributes of the system include: (1) unitized design -- hydrogen ice is the cryogen, propellant, shielding, absorber, power source, window, and insulation support during launch; (2) superconducting temperature cryostat (less than 5o K for hydrogen); (3) self-insulating solid cryogen; (4) long lifetime in Earth orbit; (5) low cost material (less than $10/pound); (6) low cost fabrication (casting process); (7) low launch cost (withstand high acceleration forces); (8) low cost operation (efficient superconducting solid state system); (9) acoustically quiet (no moving parts); (10) thermally stable (large thermal capacity well insulated); (11) high density ice vapor cast and used at same temperature avoiding shrink stresses in insulation and components embedded in ice.

Stephens also emphasized neutron absorbing properties of hydrogen ice, microwave reflection or absorption, laser-tough shielding, neutral and charged particle beam tough shielding, radar stealth, and a wide range of capabilities for embedded avionics, including: phased-array radar, solar-powered ion rocket and superconducting magnet power generator/storage, and superconducting guidance and control.

As the concept was extended by this author, individual hydrogen ice spheres can be orbited by small boosters, and later assembled into a large spacecraft. Solid hydrogen is inherently safer than liquid hydrogen. The spheres can have embedded avionics, providing distributed redundant capability for the spacecraft at superconducting temperatures. Once assembled, the low accelerations typical of ion, fission, or fusion propulsion would not endanger the inherently low compressive and tensile strength of hydrogen ice as a structural material. An acceleration of 0.0485 gravities is used in Section 3.1. The hydrogen ice spheres would be between the payload (or crew) and the nuclear propulsion, providing neutron-absorbant shielding at no extra cost.

(...)

Hydrogen ice by itself is imperfect as a structural element; various methods of stiffening by the admixture of carbon or boron fibers have been explored, as well as admixtures of particulates such as montmorillonite clay.

A survey of cryogenic ices and slushes has been presented in an earlier article by this author.4 For this paper it suffices to note that hydrogen ice has a density of 70.6 g/l at -262o C, melts at 20o K to become a liquid with density 70.8 g/l at -253o C, and that slush is intermediate in density but has various advantages over both solid and liquid.

(...)

2.2 Lithium or Boron in Hydrogen: Icy Isotopes

In one sense, ordinary hydrogen (protium) is the ideal structure/fuel, as it is extremely cheap and has the lightest molecular weight of any material exhaust. But the fusion reaction attainable 20 with ordinary hydrogen fuses two protons to produce a deuteron (deuterium nucleus), a positron (anti-electron), and a neutrino, at an energy of 0.42 Mev (million electron volts). This yields 2.0 x 1013 Joules per kilogram of fuel.

p + p -> D + e+ + v But this is irrelevant, since the reaction involved is not true nuclear fusion. As revealed by the emission of the neutrino, this is a "weak force" reaction, rather than a "strong force" reaction. Too much of the energy is carried away by the neutrino. The reaction is too difficult to initiate. The total energy yield is (relatively) low. And for little more effort, with more sophisticated fuel, we can get better results.

If our hydrogen ice is made of equal proportions of protium and deuterium, we can fuse the two to produce Helium-3 and a gamma ray, with 5.49 Mev energy, corresponding to 1.75 x 1014 Joules per kilogram of fuel.

p + D -> He3 + gamma But this is not a good idea either. The gamma rays would be emitted in all directions, and tend to fry the payload. We might as well eliminate protium completely, and use either pure deuterium ice or a deuterium/tritium mixture.

Pure deuterium ice would result in two different reactions, yielding a combination of Helium-3, tritium, protons, and neutrons.

D + D -> He3 + n 3.27 Mev (7.8 x 1013 J/kg) D + D -> H3 + p 4.03 Mev (9.65 x 1013 J/kg) Deuterium is easily obtainable in massive quantities, since it makes up roughly 1 part in 6000 of the hydrogen in water here on Earth. D2O, heavy water, costs from $0.06 to $1/gram depending upon quantity and purity. The deuterium-deuterium fusion reaction is moderately easy to initiate, requiring a temperature in the 10 million degree range. But the neutrons in the output are nasty. Since they are uncharged, they tend to fly in all directions, uncontrollable by electric or magnetic fields, frying and/or rendering the payload radioactive. Nonetheless, this is the reaction and fuel used by default throughout the remainder of this paper.

An energetic deuterium-tritium reaction seems at first to have certain advantages. This is the most studied reaction today, because of the low ignition temperature of roughly 10 MK.

D + H3 -> He4 + n 17.6 Mev (3.37 x 1014 J/kg)

This is actually the easiest fusion reaction to ignite, and may thus be the first used for terrestrial fusion power. But tritium is quite radioactive, decaying in about a decade, and that neutron is still trouble.

There are several interesting reactions involving Helium-3 in the fuel, but we disregard them here for two reasons. First, it's hard to obtain, although it might be extracted from the upper centimeter of lunar regolith where it has accumulated from solar wind. Second, the self-cooling approach described in my articles for hydrogen doesn't work as well for helium isotopes, which have to be cooled to below the background temperature of the universe. Frozen helium is just too volatile.

This leaves us with several more exotic reactions. We consider Lithium. Lithium occurs in nature21 with an abundance ratio of 7.39% for the isotope Lithium-6 (Li6) to 92.61% for Lithium-7 (Li7). Lithium melts at 180o C, and boils at 1,326o C. If we built the spacecraft out of equal proportions of protium and pure Lithium-6 isotope, we have:

p + Li6 -> He4 + He3 3.90 Mev (5.53 x 1013 J/kg)

We would be using hydrogen ice with lithium foil in the self-refrigerating concentric structure, plus walls and girders of lithium. Lithium is a soft metal, but at cryogenic temperatures (and away from water) it is strong enough without brittleness to suffice for structural purposes. Unfortunately, this is a difficult reaction to ignite.

We get somewhat more bang for the buck if we use isotopically pure Lithium-7, for a reaction yielding an electromagnetically focusable stream of alpha particles.

p + Li7 -> He4 + He4 17.00 Mev (2.0 x 1014 J/kg)

Again, this is a hard reaction to ignite.

We can use deuterium ice and pure Lithium-6, again getting an all-alpha output:

D + Li6 -> He4 + He4 22.30 Mev (2.67 x 1014 J/kg)

Or even consider protium plus Boron-11 for the so-called Boron-fission reaction:

p + B11 -> He4 + He4 + He4 8.80 Mev (7.0 x 1013 J/kg)

But this is even less studied, and also extremely difficult to ignite, requiring perhaps 1,000 times the ignition temperature of Deuterium. Lithium or Boron fusion might be initiated by incoming protons from interstellar space when rammed into at over 0.02 c, which might be useful for upper stages of a staged interstellar spacecraft.28

If we use fibers of Boron-11 to stiffen deuterium or tritium ice, it might be okay to let those boron fibers go right into the rocket engine, vaporize, and partly engage in nuclear reactions. The unreacted boron would reduce the energy yield somewhat, and merely be expelled as part of the reaction mass.

There is a clever way to get the lithium mixed in with the hydrogen. Lithium is very soluble in anhydrous ammonia (NH3 with no water). The resulting solution is the lowest density liquid known at room temperature, with a density of only 0.511 g/l.22 Regular ammonia, NH3, has a molecular weight of 17.03, a density of 0.7710 g/l, and melts at -77.7o C, while Trideutero ammonia, ammonia-d3, ND3, has a molecular weight of 20.05 and melts at -74o C.23 Lithium solutions in ammonia have metallic conductivities above 9 Mole percent metal. There is a eutectic at 22 Mole percent metal at 88o K., and at lower temperature is a stable solid compound, perhaps Li(NH3)4.

We can mix up batches of Lithium-6 or Lithium-7 in ordinary anhydrous ammonia, or Lithium-6 in fully deuterated anhydrous ammonia, freeze the stuff in the concentric perforated lithium-foil configuration, and build our spaceship out of that lithiated ammonia ice. This does leave us with a certain amount of useless nitrogen, which would contaminate the fusion reaction, unless separated out and expelled as unreacted exhaust mass. But lithiated anhydrous ammonia might be worth investigating as an exotic chemical fuel for liquid oxygen combustion.

Where does this leave us? We don't have a clear idea of a spacecraft fusion reactor that burns lithium or boron.31 So we may have to bite the bullet on the neutron radiation problem and build our spacecraft out of deuterium or mixed deuterium-tritium ice. The rest of this paper makes that assumption. Nordley points out "that as soon as the main reaction happens, the products become available for side reactions. While the output of particles from these side reactions may be several orders of magnitude below the output of the main reaction, and thus not worthy of interest regarding the kinematics, they will still be very significant (especially the neutrons) to electronics and biological components at the power levels needed for interstellar flight."

We note that Lithium can trap neutrons, heating up, and transferring that heat to melt or slushify hydrogen ice. Future considerations include analysis of the limits of neutron-hardened payloads through redundancy, self-repair, or even nanotechnology.



Message Gilgamesh Moderator le 22 Décembre 2007 14:20

Architecture du palier
(transmission de la poussée depuis la corole à l'habitacle tournant, au travers du mât central).


Premier niveau
: palier magnétique


La force magnétique F s'exerçant entre deux surface est :

Image

LaTeX :
F\ =\ \frac{B^2S}{2\mu_0}

avec :
B le champs magnétique (en tesla)
S la surface de l'entrefer
μ0 la perméabilité magnétique
Image kg·m·A-2·s-2

LaTeX :
\mu_0\ =\ 4\pi 10^{-7}

Un aimant permanent produit un champs B d'environ 1 tesla. Soit une pression résultante (P=F/S) de 4 bars (4.105 Pa). Il faut supporter une force d'environ 1011 N (~ 10 mégatonnes de poussée).

Soit une surface de S = F/P de 2,5.105 m², ce qui représente un disque de 280 m de rayon. C'est quand même très grand, sans être totalement stupide comme ordre de grandeur.

On peut réduire la surface en augmentant l'intensité du champs, mais alors il faut utiliser un supraconducteur, et le système n'est pas aussi passif qu'avec un aimant permanent. Pour B=18 T (un champs vraiment costaud mais qui reste dans les ordres de grandeurs d'un champs produit par ce type de dispositif) la surface du disque se ramène à 12-13 m.

La palier est une pièce maitresse et on doit donc le rendre très redondant sur le plan de la sécurité.

Deuxième niveau : redondance

Les paliers supraconducteur magnétique sont disposé 12 segments disposés en étoile, par unité de 3 éléments, soit quatre jeu complets travaillant par roulement. Un premier travaille. Le second est opérationnel immédiatement au cas d'une interruption brutale du premier ou travaille de concert avec lui ce qui revient au même. Un troisième peut être examiné et démonté pour maintenance. Un quatrième est inactif mais en état opérationnel pour se substituer en cas de défaillance des deux éléments actifs.


Troisième niveau : palier à aimant permanent

En cas de ruine total du palier central ou d'interruption brutale et imprévue de l'alimentation électrique ou du refroidissement, un second niveau palier, de surface beaucoup plus vaste, formée d'aimants permanents et placé en amont de la poussée prend passivement le relais. Un aimant permanent possède toute de même une faiblesse. Si la température, suite par exemple à un frottement des surfaces grimpe au delà de la température de Curie (700°C pour du fer) le champs magnétique s'annule.

D'où un :
Quatrième niveau : palier mécanique

formé de deux surfaces de type "Teflon" séparées par de la glace et circonscrit par un joint résistant à la pression et qui ne travaille pas en temps normal

En fonctionnement nominal les palier de sécurité 2 et 3 ne travaillent pas. La poussée est transmise directement par un système qui romps mécaniquement dès que le cisaillement dépasse un certain seuil.

Le cinquième niveau est l'arrêt moteur ; tout ce qui précède doit permettre d'interrompre la poussée en disposant d'un peu de temps en cas de rupture brutale de premier niveau.

La géométrie des paliers est sphérique afin d'éviter le déboitement des éléments.


a+



Message Gilgamesh Moderator le 19 Janvier 2008 12:38

Epiderme de l'Arche


Une surface faite de nanotubes de carbone d'épaisseur ~10 nm disposés verticalement comme des touffes d'herbe, avec un pas ~50 nm selon un nanoréseau poreux et faiblement connecté, constitue un matériau dont l'absorption optique est quasi-parfaite. La réflectance totale mesurée est de 0,045% ce qui en fait le matériau le plus sombre connu.

Index de refraction et d'absorption calculé selon l'écartement des tubes

Image

voir l'image]


Reflectance diffusée mesurée selon l'angle d'incidence

Image

voir l'image]

Reflectance totale mesurée

Image

voir l'image]



Image

En haut la réflectance minimale standard (1,4%) du National Institute of Standards and Technology sous la lumière d'un flash. Le nouveau matériau développé est au milieu et une pièce de "glassy carbon" en bas.



Zu-Po Yang, Lijie Ci, James A. Bur, Shawn-Yu Lin and Pulickel M. Ajayan
Experimental Observation of an Extremely Dark Material Made By a Low-Density Nanotube Array

Verrsion html

publié dans Nano Letters, dec-2007



Un corps noir parfait est ce qui rayonne le plus efficacement. Ca serait intéressant d'approcher cet état quasi-parfait pour l'épiderme de l'Arche.


a+



Message lambda0 le 21 Janvier 2008 12:30

L'intérêt d'utiliser des nanostructures qui vieillissent peut-être assez mal sous le bombardement permanent des rayons cosmiques à haute énergie pendant des siècles, juste pour gagner quelques pourcents par rapport à des matériaux plus "rustiques", ne parait pas si évident a priori, ça dépend du coût de fabrication.
(Mais la nouvelle est très intéressante, et celà a toutes sortes d'applications potentielles, pour piéger la lumière parasite dans les intrument d'optique par exemple).



Message Gilgamesh Moderator le 21 Janvier 2008 22:33

Tu as raison, l'enjeu n'est pas si grand et ce n'est possible que si l'épiderme renouvèle en permanence son état de surface, ce qui n'est pas évident à conceptualiser. Je publiais cela dans l'idée plus générale que l'Arche pouvait acquérir pas mal de caractéristiques intéressantes par nano-ingénierie - en fait bio-nano-ingéniérie, ce qui, si c'est possible, nécessite de contrôler finement les processus de développements cellulaires.

a+



Message Gilgamesh Moderator le 23 Février 2008 13:45

message supprimé



Message Gilgamesh Moderator le 23 Février 2008 20:47

Je republie ici en LaTeX les formules de calcul des paramètres du trajet de la fusée relativiste parues dans la Usenet Physics FAQ.

Dans l'hypothèse de la fusée relativiste, l'accélération a est constante tout le long du trajet.
La vitesse atteinte finale est v.
La longueur du trajet est d. Sa durée est t dans le référentiel au repos et τ (tau) dans le référentiel du voyageur.

M/m est le ratio carburant/masse utile dans l'hypothèse optimale d'un propulsif entièrement converti en photons parfaitement colimatés derrière l'engin. La masse du système propulsif (moteur, réservoir d'antimatière...) est négligée.

Mode de calcul des fonctions hyperboliques utilisées.

Sinus hyperbolique :

Image

Cosinus hyperbolique :

Image

Tangente hyperbolique :

Image


Paramètres du trajet relativiste
Rappel : a=cte

Durée du trajet :
(dans le référentiel au repos)

Image


Distance parcourue :
(dans le référentiel au repos)

Image


Vitesse atteinte :
(dans le référentiel au repos)

Image


Durée du trajet (temps propre du voyageur) :

Image


Facteur de Lorentz :

Image


Ratio carburant (M) / masse utile (m):
Rappel : conversion Mc² à rendement 1

Image



Formules dans l'article original:
The Relativistic Rocket
Updated by Don Koks 2006.
Fuel numbers added by Don Koks 2004.
Updated by Phil Gibbs 1998.
Thanks to Bill Woods for correcting the fuel equation.
Original by Philip Gibbs 1996.

Code:
t = (c/a) sh(aT/c) =  sqrt[(d/c)² + 2d/a]
d = (c²/a) [ch(aT/c) - 1] =  (c²/a) (sqrt[1 + (at/c)²] - 1)
v = c th(aT/c) = at / sqrt[1 + (at/c)²]
T = (c/a) sh-1(at/c) = (c/a) ch-1 [ad/c² + 1]
gamma = ch(aT/c) = sqrt[1 + (at/c)²] = ad/c² + 1
M/m  = gamma(1 + v/c) - 1
     = cosh(aT/c)[ 1 + tanh(aT/c) ] - 1
     = exp(aT/c) - 1


Code LaTeX :
Code:
sinh(x)\ =\ \frac{e^x\ -\ e^{-x}}{2}
cosh(x)\ =\ \frac{e^x\ +\ e^{-x}}{2}
tanh(x)\ =\ \frac{sinh(x)}{cosh(x)}
t\ =\ \frac{c}{a}\ sinh\left(\frac{a\tau}{c}\right)\ =\ \sqrt{\left(\frac{d}{c}\right)^2\ +\ \frac{2d}{a}}
d\ =\ \frac{c^2}{a}\ \left[cosh\left(\frac{a\tau}{c}\right)\ -\ 1\right]\ =\ \frac{c^2}{a}\left[\sqrt{1\ +\ \left(\frac{at}{c}\right)^2}\ -\ 1\right]
v\ =\ c\ tanh\left(\frac{a\tau}{c}\right)\ =\ \frac{at}{\sqrt{1\ +\ \left(\frac{at}{c}\right)^2}}
\tau\ =\ \frac{c}{a}\ sinh^{-1}\left(\frac{at}{c}\right)\ =\ \frac{c}{a}\ cosh^{-1}\left(\frac{ad}{c^2}\ +\ 1\right)
\gamma\ =\ cosh\left(\frac{a\tau}{c}\right)\ =\ \sqrt{1\ +\ \left(\frac{at}{c}\right)^2}\ =\ \frac{ad}{c^2}\ +\ 1
\frac{M}{m}\ =\ \gamma\left(1\ +\ \frac{v}{c}\right)\ -\ 1\\
\frac{M}{m}\ =\ e^{\frac{a\tau}{c}}\ -\ 1


article Wiki Relativistic rocket
http://en.wikipedia.org/wiki/Relativistic_rocket



Message Gilgamesh Moderator le 07 Mars 2008 21:28

Salut tout le monde,

Pour l'inspection de l'épiderme, j'ai pensé à ceci :

1- un petit nombre de passerelles en dur (traits pointillés bleu) sur lesquelles on positionne des mats (non représentés). Ces passerelles (alu + carbone par exemple) feraient également fonction de radiateur (avec circulation d'eau dans les tubulures par exemple) et feraient ainsi partie du système de refroidissement de l'Arche.

2- un système de câbles (trait plein) arrimés à ces mats permettant de positionner une nacelle en XY (carrés bleus)

Ces deux systèmes permettant le déplacement humain, le premier sur le mode de la promenade de routine et le second en intervention sur un point précis.

1+2 :
Image

Ici 4 éléments sont représentés. Je pense qu'il en faudrait environ 60 (soit des câbles d'une portée de 166 m)


3- des robots d'inspection automatique pour l'inspection systématique. Ces "bots arachnéens" (terme proposé par Schimz sur Hfr) doivent tenir uniquement en s'agrippant mécaniquement a l'épiderme. Ce sont donc de petites bestioles de pas plus d'une dizaines de kg car il faut imaginer qu'ils se tiennent en quelque sorte en s'agrippant "au plafond" (la pesanteur étant centrifuge a tendance à les arracher à leur support). Pour leur alimentation en énergie, on peut imaginer les équiper d'un mini-mat photovoltaique illuminé par des lasers à orientation asservie, postés en haut des mats des passerelles.


a+



Message Gilgamesh Moderator le 08 Mars 2008 17:11

Les zones climatiques de l'Arche

12 zones :

Image

En rouge la courbe des température moyenne,
En histogramme bleu les précipitation.

G : désert glacé
A : désert chaud
et entre, les climats intermédiaires.




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