Этот переработанный цветной снимок спутника Юпитера Европы был сделан на основе снимков, сделанных космическим аппаратом NASA Galileo в конце 1990-х годов.
В ближайшие годы НАСА и Европейское космическое агентство (ЕКА) отправят две роботизированные миссии для исследования ледяной луны Юпитера Европы. Это не что иное, как Europa Clipper НАСА и Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) ЕКА, которые будут запущены в 2024 и 2023 годах. Как только они прибудут к 2030-м годам, они изучат поверхность Европы с помощью серии полетов, чтобы определить, может ли ее внутренний океан поддерживать жизнь. Это будут первые астробиологические миссии на ледяную луну во внешней части Солнечной системы, известные под общим названием “Океанические миры”.
Одна из многих проблем, связанных с этими миссиями, заключается в том, как пробиться сквозь толстую ледяную корку и получить образцы из внутренних слоев океана для анализа. Согласно предложению доктора Терезы Беньо (физика и главного исследователя проекта по термоядерному синтезу с решеткой в Исследовательском центре Гленна НАСА), возможным решением является использование специального реактора, который основан на реакциях деления и синтеза. Это предложение было отобрано для этапа I разработки программой NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC), которая включает грант в размере 12 500 долларов.
Список океанических миров длинный и разнообразный, начиная от Цереры в главном поясе астероидов, спутников Юпитера (Каллисто, Ганимед и Европа), Сатурна (Титан, Энцелад и Диона), крупнейшего спутника Нептуна (Тритон), а также Плутона и других тел в поясе Койпера. Считается, что все эти миры имеют внутренние океаны, нагретые приливным изгибом из-за гравитационного взаимодействия с их родительским телом или (в случае Цереры и Плутона) распадом радиоактивных элементов. Дополнительные свидетельства этих океанов и активности включают поверхностные шлейфы и бороздчатые особенности, указывающие на обмены между поверхностью и внутренним пространством.
Главной проблемой для изучения внутренних частей этих миров является толщина их ледяных покровов, глубина которых может достигать 40 км (25 миль). В случае Европы различные модели дали оценки от 15 до 25 км (10 и 15 миль). Кроме того, предлагаемому зонду необходимо будет бороться с гидростатическим льдом с различным составом (таким как аммиак и силикатная порода) на разных глубинах, давлениях, температурах и плотностях. Ему также придется бороться с давлением воды, поддерживать связь с поверхностью и возвращать образцы на поверхность.
НАСА изучило возможность использования нагревательного или бурового зонда для прохождения сквозь ледяной покров, чтобы получить доступ к внутреннему океану. В частности, исследователи предложили использовать зонд с ядерным двигателем, который будет полагаться на радиоактивный распад для выработки тепла и плавления поверхностного льда. Однако команда исследователей НАСА во главе с доктором Беньо предложила новый метод, который будет основываться на чем–то ином, чем обычные радиоактивные изотопы - плутоний-238 или обогащенный уран-235. Вместо этого их метод будет включать запуск реакций ядерного синтеза между атомами твердого металла.
Их метод, известный как термоядерный синтез с удержанием в решетке, был описан в двух статьях, опубликованных в апрельском выпуске Physical Review C за 2020 год, под названием “Реакции ядерного синтеза в дейтерированных металлах” и “Новые ядерные реакции, наблюдаемые в дейтерированных металлах, облученных тормозным излучением”. Как объяснил доктор Беньо в недавнем заявлении для прессы Исследовательского центра Гленна НАСА:
“Ученые заинтересованы в термоядерном синтезе, потому что он может генерировать огромное количество энергии без образования долговременных радиоактивных побочных продуктов. Однако обычные реакции синтеза трудно достичь и поддерживать, потому что они зависят от таких экстремальных температур, чтобы преодолеть сильное электростатическое отталкивание между положительно заряженными ядрами, что процесс был непрактичным ”.
Обычные методы термоядерного синтеза обычно сводятся к инерционному или магнитному удержанию. При инерционном удержании топливо, такое как дейтерий или тритий (водород-2 или-3), сжимается до экстремальных давлений (в течение наносекунд), при которых может произойти термоядерный синтез. В магнитном удержании (реакторы токамак) топливо нагревается до тех пор, пока не достигнет температуры, превышающей ту, что происходит в центре Солнца – 15 миллионов ° C (27 миллионов ° F) – для достижения ядерного синтеза. Этот новый метод создает реакции синтеза в пределах металлической решетки, загруженной дейтериевым топливом, при температуре окружающей среды.
Этот новый метод создает энергетическую среду внутри решетки, где отдельные атомы достигают эквивалентных кинетических энергий на уровне синтеза. Это достигается путем упаковки решеток дейтерием с плотностью в миллиард раз большей, чем в реакторах токамак, где источник нейтронов ускоряет атомы дейтерия (дейтроны) до такой степени, что они сталкиваются с соседними дейтронами, вызывая реакции синтеза. Для своих экспериментов доктор Беньо и ее коллеги подвергли дейтроны воздействию пучка рентгеновского излучения с энергией 2,9 + МэВ, создавая энергичные нейтроны и протоны.
Этот процесс может позволить проводить реакции быстрого деления с использованием решеток, изготовленных из таких металлов, как обедненный уран, торий или эрбий (Er 68) в расплавленной литиевой матрице. Команда также наблюдала за производством более энергичных нейтронов, что указывает на ускоренные реакции синтеза – ака. В процессе также происходят экранированные реакции удаления ядер Оппенгеймера-Филлипса (O-Ф). По словам доктора Беньо, любой процесс синтеза является масштабируемым и может стать путем к созданию нового типа космических кораблей с ядерным двигателем:
“Полученный гибридный ядерный реактор на быстрых нейтронах будет меньше, чем традиционный ядерный реактор деления, где требуется источник энергии меньшей массы, и обеспечит эффективную работу с использованием тепла, отходящего от реактора, нагревающего зонд, для таяния через шельфовый ледник в подледные океаны”.
Концепция художника предлагаемого космического корабля Europa lander.
Бонусом этого нового процесса является критическая роль электронов металлической решетки, отрицательные заряды которых помогают “экранировать” положительно заряженные дейтроны. Согласно теории, разработанной физиком-теоретиком проекта доктором Владимиром Пайнсом, это экранирование позволяет соседним дейтронам более близко сближаться друг с другом. Это уменьшает вероятность того, что они рассеются, одновременно увеличивая вероятность того, что они пройдут через электростатический барьер и будут способствовать реакциям термоядерного синтеза. По словам главного исследователя проекта НАСА доктора Брюс Стейнец, есть препятствия, которые нужно преодолеть, но у проекта хорошее начало:
“Текущие результаты открывают новый путь для инициирования реакций термоядерного синтеза для дальнейшего изучения в научном сообществе. Однако скорость реакции необходимо существенно увеличить, чтобы достичь заметных уровней мощности, что может быть возможно с использованием различных рассматриваемых методов размножения реакции ”.
Этот тип ядерного процесса может быть частью посадочного модуля Europa, предлагаемой миссии НАСА, которая будет основываться на исследованиях, проведенных Europa Clipper и JUICE. При дальнейшем изучении и разработке эта технология также может быть использована для создания энергетических систем для длительных исследовательских миссий, подобных проекту NASA Kilopower Reactor с использованием технологии Стирлинга (KRUSTY). Та же технология может обеспечить новые концепции двигателей, такие как ядерно-тепловые и ядерно-электрические двигатели (NTP / NEP), которые исследуют НАСА и другие космические агентства.
Наконец, этот предлагаемый метод может найти применение для жизни здесь, на Земле, обеспечивая новый вид ядерной энергии и медицинских изотопов для ядерной медицины. Как сказал Леонард Дудзински, главный технолог по планетологии в Управлении научных миссий НАСА (SMD):
“Ключом к этому открытию стала талантливая, многопрофильная команда, которую НАСА Гленн собрал для исследования температурных аномалий и превращений материалов, которые наблюдались с сильно дейтерированными металлами. Нам понадобится такой подход для решения значительных инженерных задач, прежде чем можно будет разработать практическое применение”.
Источник
Привет! Люблю космос и котиков. Буду публиковать статьи об этом, политики и так хватает. А может и еще о чем нибудь интересном.
