¿Cuáles son los peligros de usar motores de cohetes de fusión en la atmósfera?

Radiación (y otros)
$\alpha$las partículas son$He^4$que son un núcleo con 2 protones + 2 neutrones. La reacción deuterio/tritio es$H^2 + H^3 \rightarrow n + He^4 + \gamma$. Lo que significa que esta reacción produce$\alpha$partículas

Alfa ($\alpha$)
El$\alpha$La partícula lleva una carga y puede ser fácilmente dirigida con campos electromagnéticos.

neutrón ($n$)
Sin embargo, el neutrón ignora todo menos los núcleos. No todos los núcleos se crean por igual en la protección contra los neutrones. Los núcleos de baja masa funcionan mucho mejor que los de alta masa para protegerte. Desea que su protección de neutrones contenga grandes cantidades de hidrógeno (el agua funciona muy bien).

gama ($\gamma$)
que$\gamma$los rayos interactúan con depende de su energía, menor energía$\gamma$interactuar con$e^{-}$mientras que la energía más alta$\gamma$interactúan solo con los núcleos. En$14 - 18 MeV$, fusión$\gamma$Los rayos son de alta energía y también requieren núcleos atómicos para protegerse. Los núcleos de alta masa atómica funcionan ligeramente mejor (en peso) que los núcleos de baja masa atómica.

En cualquier caso, una nave propulsada por fusión requiere cantidades sustanciales de protección contra la radiación contra la$\gamma$y$n$radiación. Los barcos de este tipo usan algo llamado Shadow Shield . Este escudo de sombra bloquea el$\gamma$y$n$radiación y forma una zona libre de radiación para los habitantes del barco. Los diseñadores limitan el tamaño del escudo para que solo brinde protección a la cabina de la tripulación en función de la línea de visión directa (ninguna parte de la cabina de la tripulación puede ver el núcleo: el escudo de sombra bloquea la vista)

¿Por qué radiación?
Cuando está en una atmósfera, la radiación que se aleja de la reacción, en cualquier dirección que no sea la protegida por el escudo de sombra, se refleja en la atmósfera e irradia la cabina de la tripulación.

Esta es una mala y probablemente mortal noticia para la tripulación.

Definiciones
Para la otra explicación, voy a dividir los reactores de fusión en dos clases, núcleo externo y núcleo interno.

Estoy definiendo el núcleo externo como reactores como aquellos que realizan la fusión fuera de las partes materiales de la nave. La fusión se produce (presumiblemente) en un sistema de contención electromagnético o electrostático, de modo que la mayor parte de la radiación de reacción no incide en las partes de materia de la nave. La propulsión de pulsos nucleares cae en este, así como en varios otros diseños.

En este contexto, un reactor de núcleo interno es aquel que realiza la fusión dentro de las porciones de materia de la nave.

¿Por qué otras cosas?
Algunas formas de reactor de fusión externo no pueden operar en una atmósfera. Las plantas de fusión de la era actual (CE) requieren operar en vacío . Entonces, la densidad de los reactivos de fusión es mucho más baja que la de la atmósfera.

Era actual (CE) Fusión por confinamiento electrostático inercial

Lo que empeora esto es que los gases atmosféricos son eléctricamente neutros y no se ven afectados por los campos de contención electromagnéticos utilizados para controlar la reacción de fusión. Por lo tanto, descender a la atmósfera primero contaminará el núcleo de fusión con "venenos" de fusión, primero amortiguando y luego deteniendo la reacción de fusión.

Esto generalmente lleva a que el barco se estrelle contra el suelo.

Esta es una mala y probablemente mortal noticia para la tripulación.

El mayor problema con el uso de un cohete de fusión en la atmósfera es que la mayoría de los diseños de reactores de fusión requieren que la reacción se lleve a cabo en un alto vacío. El aire "apagará" el plasma en formación, absorberá gran parte de la energía en formas que los diseñadores no planearon y posiblemente provocará reacciones secundarias que podrían dañar la estructura.

Si la reacción de fusión es un diseño de implosión que utiliza láseres o haces de partículas, la atmósfera absorberá parte de toda la energía entrante (especialmente si los láseres tienen una longitud de onda muy corta), y las corrientes de aire también pueden arrojar la pastilla de combustible. y no estar en el punto focal cuando los rayos convergen.

La única forma en que un cohete de fusión funcionaría en la atmósfera es si la reacción de fusión tiene lugar dentro de la nave espacial y la energía se usa para calentar la masa de reacción en una cámara separada.

Sí.

El motor generalmente estaría protegido de todos modos (y la radiación alfa es la más fácil de detener), por lo que la radiación alfa sería un problema menor.

La falta de contaminación es una de las grandes ventajas teóricas que hacen que la fusión sea tan atractiva.