原子火箭——輻射防護

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以下這些主要來自Robert Forward的 Antiproton Annihilation Propulsion 。

就像上面提到的，反物質反應放出帶電介子和伽瑪射線。這些介子可以被推進劑吸收並利用它們（指介子）的能量。而伽馬射線則只是很不方便的向各個方向的致命輻射爆炸。唯一的可取之處在於伽馬射線並不是中子，所以至少不會因為中子脆化而影響船體結構和因中子活化導致船隻帶有放射性。

因為伽馬射線是電磁波而不是粒子，它們具有討厭的屏蔽指數衰減的特性。這就像芝諾悖論中的阿喀琉斯與龜，使得更厚的屏蔽可以降低穿透的伽馬射線的量，卻無論多厚都不可能讓伽馬射線的泄露變為零。而對粒子的屏蔽在達到一定厚度之後就可以完全避免穿透。

擁有高於100MeV（電子伏特）的能量的伽馬射線有一個大約0.1 cm^2/g的「衰減係數」。由於鎢的密度是19.3 g/cm^3，一個鎢制的輻射護盾將有1.93 cm^-1的衰減因子。表格7-3給出了不同厚度鎢輻射護盾的衰減。

這告訴我們2厘米厚的護盾可以吸收97.9%的伽馬射線。

主要需要防護的部分是船員，電子設備，低溫儲罐，線圈，如果還有那就是反物質引擎的utilzes 線圈。

輻射通量是非常糟糕的。舉個例子，一枚以1 m/s^2加速的十公噸的火箭需要10000牛頓級別的推力。如果它的比沖有2000s，它將有20000m/s的排氣速度。這意味著推進功率有Fp = (F * Ve ) / 2 = 100,000,000 watts = 100 megawatts.

啊，實際上報告告訴我是200兆瓦所以很明顯我在哪犯了一個錯誤。

總之推力主要來自於反物質湮滅產生的能量中變成帶電介子的部分。由於有0.5%的湮滅能量變為瞬發γ射線，而其餘的變為1.5個中性介子（之後變為延遲伽馬射線）和3個帶電介子，所以：

Eγ = (Eπ± * 1.506) - Eπ±

Eπ± = 帶電介子能量 = 推進功率

Eγ = 伽馬射線能量

所以如果我們列舉的這枚火箭有200MW的推進功率，那麼伽馬射線的通量將會是：

Eγ = (Eπ± * 1.506) - Eπ±

Eγ = (200 * 1.506) - 200

Eγ = 致死的101.2 兆瓦

為了保護無生命的超導線圈，表7-3告訴了我們10厘米的屏蔽可以給我們4.2×10^-9的衰減，將101.2MW降低到0.4W.線圈的製冷系統就可以應付。超導線圈不會關心生物劑量因為它本身就是個死物。

但你不要想著不勞而獲。這10厘米的線圈護盾保護線圈不被輻射照射，但它不會讓輻射魔法般消失。它需要一個足以應付101.2兆瓦熱量的強大熱輻射器系統。

你還需要更多來遮蔽活著的船員和敏感的電子設備。

報告援引美國物理聯合會的手冊，其中提到平均能量為100MeV的1居里的伽馬輻射源在一米距離上會導致每小時29倫琴的輻射（每小時0.29西弗）。

我們的反物質伽馬射線擁有兩倍於此的平均能量。所以這個值將會變為每小時58倫琴（每小時0.58西弗）。

假設船員居住倉距離引擎10米而不是1米遠。輻射將會遵守平方反比定律。10倍的距離的平方反比為1/10^2或1/100。因此它成為58%= 0.58倫琴/小時（0.0058 西弗 /小時）。

這是1居里輻射源的劑量，我們的引擎放射性要比這強得多。

考慮更遠一點，一個200MeV的光子擁有3.2×10^-11焦耳的能量。這意味著一個101.2兆瓦的200MeV伽馬輻射源每秒將會產生3*10^18個光子。這相當於8.5*10^7居里，可比一居里大多了。

10米的距離200MeV的伽馬射線1居里為0.58倫琴/小時。8.5*10^7居里自然就變成這麼多倍，達到了每小時4.9*10^7倫琴（每小時490000西弗或者136西弗每秒）。這可相當相當不得了，要知道80西弗的輻射劑量就足以讓一個人在不到24小時內從昏迷到死亡。可憐的船員們半秒鐘就會達到這個劑量。這預示著遮蔽是必要的。

再看一次表7-3，我們看到14厘米的鎢衰減因子達到了1.8*10^-12.這將把輻射降低到0.0000882 倫琴/小時（8.82*10^-5西弗/小時），這被認為是一次太空任務合理的輻射水平。

在概念示意圖中，反應室的直徑約為一米。壓力壁將有等效2厘米厚度鎢的防護能力，吸收大部分的熱將其變為熱量。它通過流經壁上管道的氫進行冷卻。被加熱的氫噴射到排氣噴嘴上來防止它被反物質反應產生的高溫氫等離子體爆炸損傷。

根據上面的計算，超導線圈被10厘米的鎢和針對反物質湮滅的熱屏蔽件保護。1米反應室直徑加上屏蔽10厘米使得屏蔽環具有直徑約1.1米。

同樣按照上面的計算中，工作人員將被14厘米厚，直徑0.6米，距湮滅點0.6米的陰影盾保護。這將在10米的距離上提供直徑10米的陰影，為居住艙等船舶配件提供庇護。

反應室2200公斤，每個隔熱環750公斤，陰影盾800公斤。