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Dr. Fatima Brahimi hat ein neues Konzept für Fusionsraketenstöße entwickelt, das Menschen zum Mars und darüber hinaus treiben könnte.
Ein Physiker des Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) des US-Energieministeriums hat die Rakete entwickelt, die mithilfe von Magnetfeldern Plasmapartikel – elektrisch geladenes Gas – in ein Vakuum des Weltraums schleudert.
Nach Newtons zweitem und drittem Bewegungsgesetz bedeutet das Aufrechterhalten des Impulses, die Rakete nach vorne zu schieben – und das mit zehnmal schnellerer Geschwindigkeit als bei ähnlichen Geräten.
Während derzeitige weltraumbewährte Plasmaantriebsmotoren elektrische Felder verwenden, um Partikel anzutreiben, wird das neue Raketendesign sie durch magnetische Wiederverbindung beschleunigen.
Dieser Prozess findet im gesamten Universum statt, ist jedoch für die Menschheit auf der Oberfläche der Sonne am auffälligsten. Wenn die Magnetfeldlinien dort zusammenlaufen, bevor sie getrennt und dann wieder verbunden werden, erzeugt dies eine enorme Energiemenge.
Ähnliche Energie wird in torusförmigen Maschinen erzeugt, die als Tokamak bekannt sind. Dies ist eine magnetische Begrenzungsvorrichtung, die auch ein Hauptkandidat für einen praktischen Kernfusionsreaktor ist.
“Ich habe dieses Konzept schon eine Weile gekocht”, sagte die leitende Forschungsphysikerin bei PPPL, Dr. Fatima Ibrahimi, die ihre Arbeit über die Erfindung in der Zeitschrift Plasma Physics veröffentlicht hat.
“Die Idee kam mir 2017, als ich auf dem Deck saß und über die Ähnlichkeiten zwischen dem Autoabgas und den Hochgeschwindigkeits-Abgaspartikeln nachdachte, die durch das National Globe Ring (NSTX) -Experiment von PPPL erzeugt wurden”, sagte sie.
NSTX ist das Flaggschiff der derzeitigen großen Fusionsanlage des Labors, die mit Mitteln des US-Energieministeriums untersucht wird.
Dr. Ibrahimi fügte hinzu: “Während des Betriebs erzeugt dieser Tokamak Magnetblasen, sogenannte Plasmide, die sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 20 Kilometern pro Sekunde bewegen, was mir sehr nach einem Schub erschien.”
Kernfusion ist die Kraft, die Sonne und Sterne bewegt. Es kombiniert die Lichtelemente in Form von Plasma – dem heißen, geladenen Materiezustand aus freien Elektronen und einem Atomkern, der 99% des sichtbaren Universums ausmacht -, um enorme Energiemengen zu erzeugen.
Wenn ein Reaktor nach den gleichen Prinzipien auf der Erde nachgebaut werden könnte, würde er laut PPPl eine “nahezu unerschöpfliche Energieversorgung für die Stromerzeugung” bieten.
Das neue Konzept von Dr. Brahimi bietet eine deutlich bessere Leistung als die in Computersimulationen verwendeten Plasmaantriebsmotoren – es erzeugt Abgase mit einer Geschwindigkeit von bis zu Hunderten von Kilometern pro Sekunde, zehnmal schneller als andere Antriebsmotoren.
Der Physiker sagte, dass diese schnellere Geschwindigkeit zu Beginn des Fluges eines Raumfahrzeugs Exoplaneten in Reichweite von Astronauten bringen könnte.
“Es dauert Monate oder Jahre, um lange Strecken zurückzulegen, da der spezifische Schub der chemischen Raketentriebwerke sehr gering ist und das Fahrzeug einige Zeit braucht, um die Geschwindigkeit zu erreichen”, sagte sie.
“Aber wenn wir Antriebsmotoren bauen würden, die auf magnetischer Wiederverbindung basieren, könnten wir Langstreckenmissionen in kürzerer Zeit abschließen.”
Sie behauptete, dass ihr Motivationskonzept direkt aus ihrer Erforschung der Fusionsenergie resultiere. “Diese Arbeit ist von früheren Fusionsarbeiten inspiriert und dies ist das erste Mal, dass Plasmoide für den Weltraumantrieb vorgeschlagen und wieder angeschlossen wurden”, sagte Dr. Ibrahimi. “Der nächste Schritt ist der Bau eines Prototyps!”