Металлический гравитационный реактор

[CarCrash]

Вот такая мысль покоя не даёт:
Если где-то на орбите собрать большую-большую кучу металла, например железа или свинца, что бы в ядре под действием давления начался процесс синтеза более тяжелых ядер и их закономерный последующий распад на более легкие, и последующий опять же синтез из них более тяжелых и тд и тп... Что физика говорит по поводу возможности существования такого замечательного реактора?
Я понимаю, что подобное идёт в звёздах и в ядре земли, но построив искусственный цельнометаллический объект проще отводить тепло с его поверхности. Какого размера он должен быть?

[Munin]

CarCrash в сообщении #881177 писал(а):

Что физика говорит по поводу возможности существования такого замечательного реактора?

Физика говорит, что энергетическая выгода от превращения ядер зависит от атомного номера ядра:


У этого графика есть максимум, и он приходится как раз на железо (рядом с ним кобальт и никель, примерно поровну).

Этот график означает, что элементы, более лёгкие, чем железо, выгодно синтезировать. При этом будет выделяться энергия. Но до тех пор, пока не будет получено железо.

Элементам, более тяжёлым, чем железо, выгодно распадаться. При этом будет выделяться энергия. Но опять же, пока не будет получено железо. (Реально, пока не будет достигнут стабильный изотоп, это обычно в районе свинца - ещё не доходя до железа.)

В этом смысле, железо - абсолютный "пепел" всех ядерных превращений, из него никакой выгоды уже не извлечёшь.

В звёздах и в ядре Земли идут как раз реакции до железа, а когда они достигают железа - то прекращаются. Исключение - нейтронные звёзды, но там такие давления, которые мы никогда в принципе не сможем достичь.

[CarCrash]

То есть железо сколько ни сыпь, оно скорее схлопнется в нейтронную звезду, чем хоть на градус нагреется? Если насыпать чуть-чуть меньше, чем надо для нейтронной звезды, тоже не будет нагреваться?

[Munin]

CarCrash в сообщении #881222 писал(а):

То есть железо сколько ни сыпь, оно скорее схлопнется в нейтронную звезду, чем хоть на градус нагреется?

Да, вы уловили правильно.

Ну, если сыпать с некоторой высоты, то нагреется просто из-за падения.

CarCrash в сообщении #881222 писал(а):

Если насыпать чуть-чуть меньше, чем надо для нейтронной звезды, тоже не будет нагреваться?

Да. Для нейтронной звезды происходит переход порога (называемого пределом Чандрасекара), и после этого превращение обычной ядерной материи в нейтроны (реакция нейтронизации) происходит лавинообразно. Это явление мы наблюдаем как взрывы сверхновых (кроме типа Ia, которые вызваны другой ядерной реакцией). До порога груда железа будет просто грудой железа (например, железным белым карликом - сжатым и раскалённым куском железа в конце жизни звезды).

Для нейтронных звёзд есть дальше другой порог - порог Оппенгеймера-Волкова - после которого они схлопываются в чёрную дыру. Возможно (это пока нерешённый теоретический вопрос астрофизики) между нейтронными звёздами и чёрными дырами умещается ещё отдельный тип кварковых звёзд, и порогов на самом деле два, но они всё-таки близки друг к другу.

[CarCrash]

Ок, спасибо большое, с железом понятно.
А как на счёт свинца? Давление в миллионы атмосфер будет как-то способствовать его распаду?

[Munin]

Боюсь, нет. Он стабилен. Это означает, что он хотел бы распасться, но сам процесс распада добавляет ступеньку по энергии, слишком большую по сравнению с выгодой от распада, которую свинец мог бы получить.

Если хотите много подробностей, найдите и скачайте книгу
Мухин. Экспериментальная ядерная физика.
(состоит из трёх томов: Книга 1 Часть 1, Книга 1 Часть 2, Книга 2). Там довольно много материала, который можно читать и понимать, даже не углубляясь в формулы и в специальные физические знания.

[CarCrash]

Спасибо.
Даже не знаю, чем теперь свою Звезду Смерти топить буду :)

[Munin]

Топите водородом. Его во Вселенной намного больше, чем железа.

[CarCrash]

Ну это как минимум газовый гигант получится. Низкая теплопроводность поверхности, радиация, турбулентность и всё такое. Не не не. Лучше уж алюминий что ли

[Munin]

CarCrash в сообщении #881286 писал(а):

Ну это как минимум газовый гигант получится.

Ну почему? Чем вам обычный токамак не подходит?

[CarCrash]

хочу реактор, который миллионы лет работает без техобслуживания

[Munin]

Тогда звезда главной последовательности.

Или можно бурый карлик - это "недозвезда", масса промежуточная между Солнцем и Юпитером, он едва теплится не на горении водорода (протия), а на горении дейтерия. Дейтерия малый процент, так что энергии мало (по звёздным меркам), и долгожительство тоже не звёздное (не миллиарды лет, а может быть, миллионы).

[CarCrash]

Зато алюминиевую чушку можно теоретически утащить с собой в межзвёздное путешествие. А дейтериевую недо-звезду точно не утащить. Её ведь толкать не получится, газ ведь

[Munin]

Утащить можно всё, что угодно. Ведь оно притягивается (гравитационно). Вешаете перед звездой ракету (достаточно массивную). Звезда начинает на ракету падать. Включаете двигатели (расположенные так, чтобы выхлоп не падал на звезду). Ракета убегает от звезды, звезда догоняет её, так и тащите. По прибытии на место, надо развернуть конструкцию, и затормозить.

Описано (для транспортировки чёрной дыры) в весёлой и очень хорошей книжке
Новиков И. Д. Куда течёт река времени?

[CarCrash]

Это гораздо менее удобно. Ведь вам как минимум нужен двигатель, способный миллионы лет работать без остановки, чтоб корабль не упал на реактор. Но, допустим даже он не падает, а всё же летает по орбите вокруг реактора... Допустим, так можно. Но ведь КПД получается меньше, чем у алюминиевой чушки, ведь не возможно покрыть всю поверхность звезды термопарами: конструкция неустойчивая, градиент температуры в верхних слоях сложно получить, скорее всего фонить будет как тот же Юпитер