Propulsion et antimatière...

[KarmaStuff]

Salut

Il était question dans un autre fil (qui a... disparu ) de propulsion dans l'Espace grâce à l'antimatière... On dirait que la réalité pourrait dépasser la fiction...

Liens ici et là (pour les anglophobes)

[M_A_L]

J'ai déja vu un post sur le même sujet il y a environ 6 mois mais je ne le retrouve pas :s cependant voici un lien quand même semblable qui pourrait t'intèresser
http://forums.futura-sciences.com/thread35422.html

[Sol-0]

Et surtout cala signifie qu'on saurait alors fabriquer de l'antimatière en quantité suffisante.
On avance on avance!!
Bientôt, la propultion hyperspatiale, ça c'est moi qui vous le dit!!

[KarmaStuff]

Le LHC pourrait être (entre autres) la "machine à fabriquer des antipaticules" et permettre à l'Europe d'en produire suffisamment (quelques dizaines de microgrammes - c'est beaucoup mine de rien) afin de se lancer dans des missions (Système Solaire) dont le temps de trajet serait réduit de manière significative... Car le budget nécessaire estimé ne paraît pas si colossal que ça au regard d'autres investissements consacrés à la recherche dans ce domaine depuis des décennies (rien que le coût du LHC)...

Reste à concevoir les structures adéquates en vue de parvenir à stocker convenablement (electromagnétiquement) et durant un temps relativement long les antiparticules... Ca c'est un autre défi...

Peut-on déjà aspirer à rêver de sondes capables d'atteindre les systèmes stellaires les plus proches en un délai "raisonnable " ?

[OKO]

Reste à concevoir les structures adéquates en vue de parvenir à stocker convenablement (electromagnétiquement) et durant un temps relativement long les antiparticules... Ca c'est un autre défi...

ca c'est le deuxième problème le plus important effectivement : s'il faut consacrer autant d'energie a confiner l'AM (a l'aide de gros aimants certainement) que ce qu'elle permet ensuite d'obtenir, ça ne servira pas a grand chose ...
Un peu le même problème qu'avec les reacteurs a fusion : permettront-ils d'avoir un bilan energetique interessant ?

le premier problème étant de réussir a produire l'antimatière en quantité suffisante a un cout acceptable.
Les quantités produites actuellement sont vraiment infimes et totalement hors de prix.

[nissart7831]

Peut-on déjà aspirer à rêver de sondes capables d'atteindre les systèmes stellaires les plus proches en un délai "raisonnable " ?

Bonjour,

vu ce qu'ils disent dans l'article, cela semble encore difficile. En effet, pour le voyage vers Mars, ils comptent réduire le temps de voyage de 2 à 4 fois.
Avec cet ordre de grandeur et même un peu plus, les systèmes stellaires les plus proches semblent encore hors d'atteinte dans un temps raisonnable.

Prenons par exemple, la sonde New Horizons, qui est l'engin spatial le plus rapide jamais envoyé. Sa vitesse par rapport au Soleil, est d'environ 165 000 km/h (cf. http://forums.futura-sciences.com/thread68526.html).
Pour atteindre Proxima du Centaure, notre plus proche voisine (à 4,3 al), New Horizons mettrait au moins 28 000 ans.
Il s'agit donc de gagner au moins un facteur de quelques centaines.
Ca laisse donc un sacré boulot à faire pour l'antimatière.
Mais, en attendant, cela permettrait de mieux explorer notre système solaire, et notamment pour une exploration avec des humains.

[KarmaStuff]

vu ce qu'ils disent dans l'article, cela semble encore difficile. En effet, pour le voyage vers Mars, ils comptent réduire le temps de voyage de 2 à 4 fois.
Avec cet ordre de grandeur et même un peu plus, les systèmes stellaires les plus proches semblent encore hors d'atteinte dans un temps raisonnable.

Prenons par exemple, la sonde New Horizons, qui est l'engin spatial le plus rapide jamais envoyé. Sa vitesse par rapport au Soleil, est d'environ 165 000 km/h.
Pour atteindre Proxima du Centaure, notre plus proche voisine (à 4,3 al), New Horizons mettrait au moins 28 000 ans.
Il s'agit donc de gagner au moins un facteur de quelques centaines.
Ca laisse donc un sacré boulot à faire pour l'antimatière.
Mais, en attendant, cela permettrait de mieux explorer notre système solaire, et notamment pour une exploration avec des humains.

Je réagissais par rapport à un passage de l'article...

Quand l'antimatière rencontre la matière normale, les deux s'annihilent dans un violent flash d'énergie. C'est cette transformation totale en énergie qui rend l'antimatière si puissante. Même les plus fortes réactions nucléaires en sont très éloignées, avec seulement quelques trois pour cent de la masse des produits convertie en énergie.

C'est ce rendement 'parfait', optimal, qui ôterait au voyage interstellaire son aspect utopique... Tout dépendra alors du temps de fonctionnement du réacteur, donc de la quantité de P et AT stockées. Et on en revient à la problématique quant à la production et au confinement de l'AT...

L'exemple de New Horizon concerne un système de propulsion 'standard', dont la faiblesse toute relative des vitesses engendrées limite bien sûr l'accès aux autres étoiles (proches)...

Même en supposant l'éventualité d'atteindre des vitesses acceptables en vue de rejoindre un exo-système, l'une des difficultés majeures sera le ralentissement de la sonde au préalable, par conséquent un prolongement de la durée du voyage...
C'est pour cela que la réduction du délai pour voyager vers Mars n'est pas si impressionnante, car il faut penser à la mise en orbite à l'arrivée ; la sonde ne devra alors obtenir une vitesse trop grande si l'on souhaite la ralentir pour ne pas rater la capture gravitationnelle... Ce qui n'empêche pas au-dit système propulsif de permettre des vitesses bien plus impressionnantes...

[nissart7831]

Je prenais juste l'exemple de New Horizons pour fixer un repère par rapport à une sonde existante. Ainsi, par le calcul, on trouve que pour le voyage interstellaire, il faudrait gagner un facteur de plusieurs centaines.

C'était pour fixer les idées (et pour moi en premier), les ordres de grandeur, de ce que représentait un voyage interstellaire dans un délai "raisonnable" suite à ton interrogation.

Malheureusement, rien, dans l'article, ne semble dire qu'un tel gain est envisageable avec l'antimatière. Mais moi aussi, comme toi, j'aimerais que ce soit possible.

Espérons que les travaux se poursuivent et permettent d'évaluer le gain envisageable, les réelles possibilités avec cette énergie. Ce serait vraiment intéressant de pouvoir mettre des chiffres plus précis dessus.

En tout cas, une belle porte sur les étoiles (néanmoins moins rapide que celle avec vortex ) ouverte.

[EspritTordu]

Bonjour,

J'ai traversé le lien et je ne savais pas que la propulsion avec antimatière nécessitait de transporter le carburant, de l'hydrogène ou autre aussi lourd que possible!

L'annihilation positron-électron sert donc de chauffage (un peu comme le réacteur nucléaire alors) : la réaction confère de la chaleur à un carburant (l'hydrogène) carburant qui se détent (plus vite si la température est forte ce qui me semble être le cas ) et propulse l'engin spatial dans le vide...
Ce genre de propulsion s'apparente donc plus à une propulsion chimique type fusée plutôt que ionique : on a au démarrage une forte accélération (qui peut faire des dégats) qui dure un court laps de temps, puis on vogue après sur notre lancée?

Quel est la force nécessaire pour stocker dans une bouteille magnétique l'équivalent de 1 gramme d'électron (respectivement de positrons) ? Ne peut-on pas réussir cela avec des aimants permanents, genre neodyme ?

Une question me turlupine : on sait produire des matériaux émetteurs bêta +, n'est-ce pas ? n'est-il pas possible de stocker leurs émissions (les positrons) et petit à petit arriver à 1 gramme ? Sachant le poids d'un électron est de 10-28 g, quel est le temps nécessaire pour accumuler la masse voulue de 1g?

[Septentrion]

Bonjour,
J'ai traversé le lien et je ne savais pas que la propulsion avec antimatière nécessitait de transporter le carburant, de l'hydrogène ou autre aussi lourd que possible!
L'annihilation positron-électron sert donc de chauffage (un peu comme le réacteur nucléaire alors) : la réaction confère de la chaleur à un carburant (l'hydrogène) carburant qui se détent (plus vite si la température est forte ce qui me semble être le cas ) et propulse l'engin spatial dans le vide...
Ce genre de propulsion s'apparente donc plus à une propulsion chimique type fusée plutôt que ionique : on a au démarrage une forte accélération (qui peut faire des dégats) qui dure un court laps de temps, puis on vogue après sur notre lancée?

Quel est la force nécessaire pour stocker dans une bouteille magnétique l'équivalent de 1 gramme d'électron (respectivement de positrons) ? Ne peut-on pas réussir cela avec des aimants permanents, genre neodyme ?

Une question me turlupine : on sait produire des matériaux émetteurs bêta +, n'est-ce pas ? n'est-il pas possible de stocker leurs émissions (les positrons) et petit à petit arriver à 1 gramme ? Sachant le poids d'un électron est de 10-28 g, quel est le temps nécessaire pour accumuler la masse voulue de 1g?

Ca dépend, ce moteur thermique n'est qu'un concept parmi d'autres, et la masse à emporter est quand même bien moins importante que pour un moteur chimique, car la vitesse d'éjection est, en gros, deux fois plus élevée.
Dans d'autres principes, un faisceau d'antiprotons peut servir à catalyser une réaction de fusion nucléaire inertielle : la poussée étant alors produite par l'éjection d'un plasma à 10000 km/s ou plus, la masse du combustible peut devenir négligeable pour une vitesse de quelques milliers de km/s, ce qui est déjà énorme.
Mais le vrai moteur à anti-matière n'utilise pas d'autre masse de réaction que celle issue de l'annihilation : une annihilation proton-antiprotons produit des particules chargées (pions et muons) qui communiquent la poussée au vaisseau par l'intermédiaire d'un champ magnétique (tuyère magnétique), d'une façon analogue à certains moteurs plasmiques. Le point important est que même si tout se termine en rayons gammas et neutrinos, ces particules intermédiaires ont une durée de vie suffisante.
Cependant, ces deux moteurs (fusion catalysée et moteur à particules d'annihilation) sont très spéculatifs, alors que le moteur thermique à annihilation e+e- décrit plus haut semble réalisable avec des techniques actuelles. Et surtout, il est bien plus facile de fabriquer des positrons que des antiprotons.
Sinon, ce moteur à antimatière thermique se compare plutôt au moteur nucléo-thermique, aussi bien dans le principe que dans les performances : dans le cas d'un moteur chimique, l'énergie est contenue dans la masse de réaction, ce qui n'est pas le cas ici, alors que dans un moteur nucléo-thermique, la source d'énergie est bien distincte de la masse de réaction, comme c'est aussi le cas pour le moteur à antimatière thermique.

En ce qui concerne le stockage, les recherches portent plutôt sur le stockage sous une forme neutre car la charge des e+ limite sérieusement la densité de stockage. L'antimatière serait donc plutôt stockée sous la forme d'atomes de positronium maintenus excités dans un état de Rydberg à longue durée de vie, grâce à un piégeage dans un cristal photonique. Un tel piégeage, sous le forme de condensat de Bose-Einstein, permet d'atteindre théoriquement des densités de stockage de l'ordre de 10^14 J/cm3 de cristal.
Il me semble que les positrons peuvent être produits par désintégration beta du sodium 22.

A+

[Dieu_fr]

le poids d'un électron est de 10-28 g

Gné ?

[EspritTordu]

Gné ?

C'est vrai c'est indécent de crier haut et fort le poids d'une belle particule, ça manque de délicatesse...
Mais je persiste maintenant que c'est dit ... vous me le pardonnerez, c'est pour la bonne cause.
La valeur est celle de la masse de l'électron communément acceptée (cela vient de Wikipédia par exemple) 9,11 × 10-31 kg.

Maintenant la valeur n'est pas petite (c'est le moins qu'on puisse dire, n'est-ce pas?), c'est certain ; d'où un certain septicisme de ma part pour produire des positrons par désintégrations bêta + . Si quelqu'un peut avancer un temps, en considérant un système magnétique capable de récupérer toute les particules chargées émises, en choissisant un bon émetteur bêta+, pourquoi donc par le sodium 22 proposé par Septentrion. Serait-il un bon candidat ? Combien de becquerel cela représente-il ? D'où est-il issu? Est-ce naturel?...certainement pas!
Quels sont les autres solutions pour produire des positrons, qui sont semblent-ils aussi difficiles à produire qu'il est simple aujourd'hui d'émettre des électrons?

Dans d'autres principes, un faisceau d'antiprotons peut servir à catalyser une réaction de fusion nucléaire inertielle : la poussée étant alors produite par l'éjection d'un plasma à 10000 km/s ou plus, la masse du combustible peut devenir négligeable pour une vitesse de quelques milliers de km/s, ce qui est déjà énorme.
Mais le vrai moteur à anti-matière n'utilise pas d'autre masse de réaction que celle issue de l'annihilation : une annihilation proton-antiprotons produit des particules chargées (pions et muons) qui communiquent la poussée au vaisseau par l'intermédiaire d'un champ magnétique (tuyère magnétique), d'une façon analogue à certains moteurs plasmiques. Le point important est que même si tout se termine en rayons gammas et neutrinos, ces particules intermédiaires ont une durée de vie suffisante.

Que sort-il de cette fusion inertielle ?

Tout ces systèmes sont beaux mais tous émetteurs de rayonnement gamma nuisibles pour l'homme et ses rêves de longs voyages stellaires où simplement pour remplacer ses fusées de lancement terrestres. Mais ce qui m'intrigue, c'est la chaleur au coeur de ces spéculations : les matériaux actuels ne sont pas capables de tenir une telle chaleur ; où à moins un système comme les réacteurs expérimentaux type ITER, JET : une usine à gaz insoulevable? Qu'en pensez-vous?

En ce qui concerne le stockage, les recherches portent plutôt sur le stockage sous une forme neutre car la charge des e+ limite sérieusement la densité de stockage. L'antimatière serait donc plutôt stockée sous la forme d'atomes de positronium maintenus excités dans un état de Rydberg à longue durée de vie, grâce à un piégeage dans un cristal photonique. Un tel piégeage, sous le forme de condensat de Bose-Einstein, permet d'atteindre théoriquement des densités de stockage de l'ordre de 10^14 J/cm3 de cristal

Ouh là... :je ne suis plus :
Pourquoi les charges des électrons limitent-elle leur stockage?
Qu'est-ce qu'un positronium, un couple électron-positron en mouvement?Qu'est qu'un état de Rydberg?
Les condensats de Bose-Einstein ne nécessitent-ils pas un stockage cryogénique entretenu ?
Ce piégeage nécessite alors une importante énergie externe pour dépiéger nos électrons, n'est-ce pas?

[Dieu_fr]

le poids d'un électron est de 10-28 g

Ah !!! 10^-28 g !!!! Comprends mieux.

[EspritTordu]

Voilà quelques calculs à partir du sodium Na22, se désintégrant selon la radioactivité Bêta +, libérant des positrons donc...

Cet isotope radioactif du sodium à une période de 2,6 ans environ, soit une constante radioactive (http://ead.univ-angers.fr/~jaspard/P...ioactivite.htm) de 3,08*10-6. Cela signifie qu'avec 1 KG de cet isotope, en récoltant 100% des émissions de positrons, et ce durant un temps raisonnable de 10 minutes environ, on pourrait s'attendre à 2,62 mg de positron. Cela correspond en énergie (E=2*me*c^2) soit 4,72*10^12 J. J'en arrive alors à me demander quelle est la fraction d'énergie qu'on peut convertir en chaleur ?

Néamoins si mes calculs ne sont pas faux, il y a un bémol, où trouver les 1KG de sodium radioactif qui est bien sûr synthétique ? Et 1 KG c'est beaucoup...

Un autre essai avec le tantale 180, radioactif bêta+, et naturel- bien que son abondance s'élève à 0,012%...
Sa période est de 8,125 heures. Soit en dix minutes, 1,6 g de positron... Et ce avec 1KG de tantale toujours. Avec 10 g, on peut avoir, en dix minutes, 2,73 mg.

Peut-être un autre candidat?

[Iguane123]

ca c'est le deuxième problème le plus important effectivement : s'il faut consacrer autant d'energie a confiner l'AM (a l'aide de gros aimants certainement) que ce qu'elle permet ensuite d'obtenir, ça ne servira pas a grand chose ...
Un peu le même problème qu'avec les reacteurs a fusion : permettront-ils d'avoir un bilan energetique interessant ?

le premier problème étant de réussir a produire l'antimatière en quantité suffisante a un cout acceptable.
Les quantités produites actuellement sont vraiment infimes et totalement hors de prix.

On pourrait utiliser une partie de l'anti-matière pour générer l'electricité nécessaire.

vu ce qu'ils disent dans l'article, cela semble encore difficile. En effet, pour le voyage vers Mars, ils comptent réduire le temps de voyage de 2 à 4 fois.
Avec cet ordre de grandeur et même un peu plus, les systèmes stellaires les plus proches semblent encore hors d'atteinte dans un temps raisonnable.

Prenons par exemple, la sonde New Horizons, qui est l'engin spatial le plus rapide jamais envoyé. Sa vitesse par rapport au Soleil, est d'environ 165 000 km/h (cf. http://forums.futura-sciences.com/thread68526.html).
Pour atteindre Proxima du Centaure, notre plus proche voisine (à 4,3 al), New Horizons mettrait au moins 28 000 ans.
Il s'agit donc de gagner au moins un facteur de quelques centaines.
Ca laisse donc un sacré boulot à faire pour l'antimatière.
Mais, en attendant, cela permettrait de mieux explorer notre système solaire, et notamment pour une exploration avec des humains.

Pas vraiment parce que les sondes actuelles sont accélérée principalement au début de leur lancement, puis par les orbite des grosses planètes qui sont utilisées comme frondes.
Avec un réacteur antimatière on peut accélérer pendant la moitié du voyage puis décélérer pendant l'autre moitié ce doit faire une vitese halluciante.

le premier problème étant de réussir a produire l'antimatière en quantité suffisante a un cout acceptable.
Les quantités produites actuellement sont vraiment infimes et totalement hors de prix.

Il est indispensable de savoir en produire beaucoup plus mais on peut utilise l'AM comme un catalyseur pour une réaction de fusion hydrogène, qui est moins énergétique mais qui reste une energie plus puissante que la fission nucléaire. Les réservoirs d'hydrogenes ne seraient pas hallucinants et l'AM nécessaire en quantité plus faible.