La physique de l'Arche Interstellaire

Excellente l'image de l'Alambic, c'est toute une alchimie céleste que Gilgamesh met en oeuvre..

Trajet vers Epsilon Eridani

Masse de structure m0 = 20 Gt
Débit massique q = 5,2 tonne/s de carburant
Vitesse d'éjection u = 15 000 km/s
Vitesse de vol libre de v = 4 500 km/s,
Distance totale à parcourir de 10,5 années-lumière.

Masse de départ m :



m = 36,4 Gt

Durée d'accélération ta :



ta = 57 ans

Distance parcourue durant l'accélération xa



xa = 0,41 années-lumière

Accélération :



Accélération de départ a0 = 2,15 mm/s2
Accélération en fin d'accélération = 2,91 mm/s2

Durée de vol libre = 653 ans
Distance parcourue en vol libre = 9,8 al

Masse début freinage = 27 Gt
Durée de freinage = 42 ans
Distance parcourue xf = 0,30 années-lumière

Accélération fin freinage = 4,47 mm/s2

Durée totale = 752 ans
Vitesse moyenne = 4187 km/s






Rappel :

Pour une mobile de masse initiale m, éjectant un débit massique q à la vitesse u,
avec pour conditions initiales :
a0=uq/m, v0=0, x0=0.

-L'expression de l'accélération a en fonction du temps t est :




- La vitesse v est :




- L'abscisse x est :

Code:

Code LaTeX :
a\ =\ \frac{uq}{m-qt}

v\ =\ u.\ln\frac{m}{m-qt}

x\ =\ ut\ \left[1\ +\ ln\frac{m}{m-qt}\right]\ -\ \frac{1}{q}\ um\ ln\frac{m}{m-qt}

Une piste sur la fusion que je ne connaissais pas.

Le deutérium ultra-dense, le carburant de la fusion du futur ?

Par Laurent Sacco, Futura-Sciences

Peut-on obtenir la fusion contrôlée sans émission de neutrons et ce dans un avenir proche ? Peut-être, d’après les travaux de physiciens de l’Université de Gothenburg, portant sur le deutérium ultra-dense, un matériau dont la densité surpasse celle du cœur du Soleil.

La fusion contrôlée est l’un des Graal de la physique moderne et il ne semble malheureusement pas possible de l’obtenir à basses températures dans des conditions facilement réalisables en laboratoire, contrairement aux affirmations récurrentes des adeptes de la fusion froide.

Il n’y aurait que deux voies praticables, celle de la fusion inertielle à l’aide de faisceaux laser comprimant des microbilles de combustible et celle de la fusion par confinement magnétique. Dans les deux cas, on utilise un mélange de deutérium et de tritium. Leur fusion produit de l’hélium et un neutron.

Cette réaction est la plus facile à obtenir dans un réacteur et l’une des plus énergétiques. Elle produit bien moins de déchets radioactifs que la voie de la fission nucléaire mais il reste quand même un flux de neutrons. Dans les réacteurs du futur, comme ceux du projet Iter, ce flux de neutrons sera tout de même la source de quelques déchets radioactifs. Néanmoins, si l’on savait produire des réactions de fusions stables et produisant plus d’énergie qu’elles n’en consomment, on disposerait d’une source d’énergie que l’on pourrait qualifier de propre et de quasiment inépuisable.

Malheureusement, il pourrait s’écouler des décennies avant que ce rêve ne se réalise.

Le matériau est idéal... mais on ne sait pas encore le fabriquer

Un groupe de chercheurs du département de chimie de l’Université de Gothenburg en Suède, avec parmi eux Leif Holmlid, explore la voie de la fusion inertielle non pas avec un mélange de deutérium et de tritium mais avec un combustible en deutérium pur. La clé qui ferait toute la différence avec la glace de deutérium, déjà testée, est la densité du nouveau matériau.

Bien qu’on ne l'ait obtenu jusqu’ici qu'en très petites quantités, les chercheurs savent produire du deutérium ultra-dense dont un cube de 10 cm de côté pèserait près de 130 tonnes. Cette densité, plus d’une centaine de milliers de fois celle de l’eau, est supérieure à celle du cœur du Soleil. On pense que ce genre de matériau existe lors des premiers stades de formation des étoiles et des naines brunes et doit aussi pouvoir se retrouver à l'intérieur des planètes géantes de notre système solaire.

Le deutérium ultra-dense l’est un million de fois plus que la glace de deutérium déjà employée dans des expériences de fusion inertielle avec des faisceaux lasers. Le résultat est qu’il est plus facile et moins coûteux en énergie de le comprimer pour atteindre la température et la pression nécessaire à l’amorce d’une fusion. Ce matériau pourrait donc bien révolutionner dans un avenir proche les recherches en fusion contrôlée

Mais il y a d’abord un premier obstacle à franchir. C’est celui de la production de grandes quantités de deutérium ultra-dense. Les physiciens n’y sont pas encore parvenus...

L'article est payant, mais il y a un résumé ici :
http://www.sciencedirect.com/science?_o ... fd693c821e

Celà parait très intéressant : une des difficultés de la fusion inertielle est de comprimer la cible, et sans la chauffer, ce qui nécessite un contrôle fin de la forme de l'impulsion laser.
Si le matériau initial a déjà une densité suffisante, celà simplifie bien les choses, et si en plus cette densité est supérieure à celle obtenue par la compression par laser, celà permet d'utiliser des combustibles de fusion plus difficiles à allumer que D-T, comme D-D.

Pour une cible typique, il en faudrait quelques milligrammes...

Salut Lambda, merci pour le lien et pour tes explications complémentaires elles ne sont pas de trop.

Je ne comprend pas bien par contre pourquoi mtheory parle de fusion sans neutron.

La fusion DD produit des neutron, on en a assez parlé

D'autre part, quel est le mode d'obtention de ce Deuterium ultra dense ? Est il stockable ?

a+

Oui, ça produit des neutrons, je ne comprends pas non plus très bien ce que mtheory a voulu dire.
Par contre, la plupart sont à une énergie de l'ordre de 2.5 MeV, du même ordre de grandeur que les neutrons de fission. On dispose donc déjà des matériaux adéquats pour l'enceinte, ce qui est moins évident pour les neutrons à 14 MeV produits par la fusion D-T.

Aucune idée du mode de production de ce deutérium et des conditions de stockage, mais je me renseigne.

Salut,
à mon avis c'est bien une erreur. Mais ce serait tellement bien que ce n'en soit pas une

Et pour le côté stockable, je suis pas bien confiant j'avoue...

Mais ce serait rigolo quand même : une arche avec une pellicule de un demi-millimètre à l'avant pour lui servir de carburant !

Pour l'instant j'ai :

Masse arche 2,00E+13 kg
vitesse 4500 km/s
u 15000 km/s
exp(2v/u)-1 0,822
Masse carburant 1,64E+13 kg
densité D2 200 kg/m3
Volume 8,22E+10 m3
Surface totale 1,74E+08 m2
Epaisseur 472 m


a+

D'un autre côté, pour la production d'énergie par fusion inertielle, on utiliserait des cibles libérant quelques centaines de MJ à chaque explosion, ce qui ne nécessite que quelques milligrammes de combustible.
Inutile de produire et stocker beaucoup de deutérium comprimé à l'avance, juste ce qu'il faut pour fabriquer les cibles à la cadence de tir.

Faudrait quand même tenir la cadence des 5 t/s dans le cas de l'Arche en phase d'accélération-freinage.

Ça en fait des microbilles à fabriquer...

a+

Sinon je signale juste au passage ce lien direct vers une page assez riche sur esilon Eridani.

La page comporte une sélection considérable d'abstract de travaux en lien avec εEri

http://my.sky-map.org/starview?object_t ... ect_id=573

Constellation: Éridan
Right ascension: 03h32m55.80s
Declination: -09°27'30.0"
Apparent magnitude: 3.73
Distance: 3.218 parsecs
Proper motion RA: -976.1
Proper motion Dec: 18.1
B-T magnitude: 4.846
V-T magnitude: 3.814

Catalogs and designations:
Proper Names
Bayer ε Eri
Flamsteed 18 Eri
HD 1989 HD 22049
TYCHO-2 2000 TYC 5296-1533-1
USNO-A2.0 USNO-A2 0750-00785191
BSC 1991 HR 1084
HIP HIP 16537

a+

/!\ ceci est de la physique "romancée".

Je vais utiliser cette idée dans le roman de l'Arche quoi qu'il en soit. Mais j'aimerais la rapprocher au plus près de la réalité.

Dans les boucliers d'eau protégeant l'Arche du bombardement de neutron issus de la corolle, Une plante s’est développée, une algue dont une série de mutation a provoquée la synthèse d’une protéine mutante à doigts de cadmium et de bore. Ces molécules servent d’antennes qui stoppent très efficacement les neutron et les réfléchit en grande partie par un curieux effet quantique mais la réaction du neutron avec l’hème métallique absorbante génère une cascade de moulins à proton dans les parois qui génèrent des gradients chimiques producteurs d’ATP dans le chloroplaste modifié. Au lieu de résister au rayonnement elle s’en nourrit. C’est la neutrosynthèse. Et la cascade de ralentissement du neutron pour utiliser son énergie aboutie à en faire un simple neutron thermique qui diffusant désormais paisiblement et finit par se lier avec un atome d’hydrogène et améliore le taux de formation du Deutérium a partir de l’eau du bouclier. On multiplie par dix la production de Deutérium à partir de l’eau bombardée par le flux de neutrons. Convenablement alimentée en métaux lourds (cadmium) et légers (bore), cette algue, pousse en masse compact au sein même du bouclier d’eau, devenu une vraie éponge à algue. Elle a une couleur orange pétant et dégage un fort rayonnement gamma sous irradiation mais sortie de l’eau et à l’abris du flux elle est inoffensive. Plus tard, on apprendra à les utiliser dans les parois des navettes, et alors elle protègeront bien plus efficacement, d’un facteur trois ou quatre, les servants en phase de propulsion.


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Si Lambda notamment voulait bien donner son avis

Est ce que ça vous fait fuir ou est ce que vous trouvez l'idée amusante ? Améliorable ?


a+

C'est original, et je m'étais déjà demandé si des organismes vivants ne pouvaient pas utiliser directement l'énergie nucléaire.
Faut quand même prévoir des systèmes de réparation de l'ADN assez performants, tous les neutrons ne seraient pas absorbés là où on voudrait et certains iraient briser l'ADN.
On peut poser le calcul suivant : connaissant le flux de neutrons, en n/s/µm², un ordre de grandeur de la section efficace d'une molécule d'ADN, quel devrait être l'ordre de grandeur du temps de réparation ?
Ce genre de donnée (les sections efficaces) doit bien se trouver dans la littérature scientifique sur les effets de la radioactivité sur les êtres vivants.
Si on trouve des microsecondes, ça risque d'être assez hasardeux, s'il s'agit d'heures, ou même de minutes, ça doit être jouable.

Portrait de "Conan la bactérie"
http://fr.wikipedia.org/wiki/Deinococcus_radiodurans

Ok, je vais essayer de faire le calcul.

Mais mtheory me met un doute sur le taux de neutron émis

Pour 5 t de Deuterium fusionné je comptais un flux de 2 GW initial par m2 (pour 200 km2 de corolle). Il faut en arrêter un maximum dans le plasma de fusion (où il se refroidit par rayonnement vers l'extérieur) et le reste par le bouclier d'eau (pour lequel le refroidissement reste problématique...).

Mais c'est quasi un acte manqué j'ai arrêté le calcul avant d'en conclure sur leur épaisseur respectivement.

Faudrait bien que je m'y remette, mais tu pourrais peut être me fixer sur le flux de base ?

Quel est le flux molaire isotrope de neutrons pour 1 kg de Deuterium fusionné dans les meilleures conditions ? Et selon quel spectre énergétique ?

a+

Flemme de faire le calcul détaillé, mais un ordre de grandeur avec D-T suffit.
1 GW/m² = 4.5e20 n/s/m² avec neutrons à 14 MeV soit 4.5e8 n/s/µm²

Ce sera peut être un peu moins avec D-D, mais j'ai bien l'impression que même 1/1000000 de ce flux doit griller assez vite n'importe quelle cellule vivante.

A+

lambda0 a écrit:

Flemme de faire le calcul détaillé, mais un ordre de grandeur avec D-T suffit.
1 GW/m² = 4.5e20 n/s/m² avec neutrons à 14 MeV soit 4.5e8 n/s/µm²

Ce sera peut être un peu moins avec D-D, mais j'ai bien l'impression que même 1/1000000 de ce flux doit griller assez vite n'importe quelle cellule vivante.

A+

Ok, ce que j'avais entrevu à travers les doigts plaqué sur mes yeux est du même ordre :/.

On va dire qu'on arrête l'essentiel avec la couverture plasma...


a+