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科学家研究核装置爆炸产生的中子能量对小行星偏转的影响

核装置 中子能量 中子辐射
发布:2021-04-13 15:48:38     来源:新浪科技

据外媒报道,由劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)和美空军技术学院(AFIT)联合开展了一项有关核装置爆炸产生的中子能量究竟是如何影响小行星偏转的研究。科学家们比较了两种不同的中子能量来源(代表裂变和聚变中子)造成的小行星偏转,并进行了并排比较。

 
 
据悉,该项研究的目的是了解核爆炸释放的哪些中子能量更有利于小行星偏转及其中的原因,从而为优化偏转性能铺平道路。

相关研究报告已发表在《Acta Astronautica》上,该研究由Lansing Horan IV领导。另外论文的合著者还有Megan Bruck Syal、Joseph Wasem及Darren Holland、Maj. James Bevins等人。

Horan指出,由于中子比X射线更有穿透力,所以研究小组将专注点放在了核爆炸的中子辐射上。“这意味着,中子产生的热量可能会加热小行星表面更多的物质,因此,跟X射线产生的热量相比,中子产生的热量更能有效地使小行星偏离轨道。”

不同能量的中子可以通过不同的相互作用机制跟同一物质相互作用。通过改变沉积能量的分布和强度,由此产生的小行星偏转也会受到影响。

研究表明,能量沉积剖面--映射了小行星曲面上和下面的空间位置,能量在那里以不同的分布沉积--在这项工作中比较的两种中子其能量之间可能有着很大的不同。当沉积能量在小行星上的分布不同时,这意味着熔化/蒸发的吹离碎片的数量和速度会发生变化,而这最终决定了小行星最终的速度变化。

Horan表示,对付小行星有两个基本选择:破坏或偏转。

破坏是一种将相当多的能量传递给小行星的方法,后者会被猛烈地粉碎成许多以极端速度移动的碎片。“过去的研究发现,超99.5%的原始小行星质量将跟地球擦肩而过。如果小行星撞击前的预警时间很短,或小行星相对较小则可能会考虑这种破坏路径,”Horan说道。

偏转则是较为温和的方法,它包括给予小行星更少的能量、保持天体的完整性并以稍微改变的速度将其推到稍微不同的轨道上。“随着时间的推移,在撞击发生前的许多年里,即使是极小的速度变化也会增加跟地球的距离。如果我们有足够的预警时间来实施这种反应,那么偏转通常可能会是更安全、更‘优雅’的选择。这就是为什么我们的工作重点是偏转,”Horan说道。

据了解,这项工作分两个主要阶段进行,包括中子能量沉积和小行星偏转响应。

对于能量沉积这块,研究人员通过使用洛斯阿拉莫斯国家实验室的Monte Carlo N-Particle (MCNP) 辐射输运程序模拟了本研究中比较的所有不同案例研究。MCNP模拟出了中子向300米SiO2球形小行星辐射的对峙爆炸。这颗小行星被数百个同心球体和封装的圆锥体分割从而形成数十万个单元,另外还对每个单胞的能量沉积进行了统计和跟踪以生成整个小行星的能量沉积剖面或空间分布。

对于小行星偏转,研究人员则利用了LLNL的2D and 3D Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE3D)程序以模拟小行星物质对考虑的能量沉积的响应。MCNP生成的能量沉积剖面被导入并映射到ALE3D小行星上从而实现初始化模拟。对于中子产额和中子能量的不同配置则可以获得偏转速度变化,这能量化中子能量对产生偏转的影响。

Horan表示这项工作是核偏转模拟的一小步。

另外他还指出,研究表明,能量沉积数据的精度和准确性非常重要。“如果能量沉积输入不正确,我们就不应该对小行星偏转输出拥有太多的信心。我们现在知道,能量沉积剖面对于巨大的产量是最重要的,它将被用来使大型小行星偏转。”

他表示,如果有一个计划来减缓一个大的小行星来袭,那么应该考虑能量沉积的空间剖面以正确模拟出预期的小行星速度变化。

为规划小行星缓减任务,科研人员必须将这些能量参数考虑在内,这样才能进行正确的模拟和预期。

Horan说道:“重要的是,我们要进一步研究和了解所有小行星减缓技术以便最大限度地利用我们的工具包。在某些情况下,使用核装置使小行星偏转比非核装置有拥有几个优势。事实上,如果预警时间很短,而且(发生事故的小行星很大,那么核爆炸可能是我们唯一可行的偏转和破坏选择。”

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