Սինգուլյար ռեակտոր

Սինգուլյար ռեակտոր (կոլապսարային ռեակտոր), էներգիայի հիպոթետիկ աղբյուր, որտեղ որպես աշխատանքային մարմին կիրառվում են միկրոսկոպիկ սև խոռոչներ (կոլապսարները)։ Աշխատանքի հիմքում ընկած է սև մարմնի գոլորշիացման ժամանակ անջատված էներգիայի կիրառումը։ Կարող է կիրառվել նաև որպես ռեակտիվ շարժիչ։

Սև խոռոչ

Ուսումնասիրվում են սինգուլյար ռեակտորների 2 տեսակ՝

• պայթուցիկ գործողություններ-կատարում են առանձին սև խոռոչները,
• անընդհատ գործողություններ-սև խոռոչը անընդհատ գրգռվում է նյութով։

Սև խոռոչների անհրաժեշտ տեսություն

Սև խոռոչների, որպես բացարձակապես ամեն ինչ կլանող օբյեկտների, պատկերացումները ձևավորվել են 1974 թվականին Ստարոբինսկիի և Զելդովիչի կողմից Սկզբնական շրջանում, խոսվում էր պտտվող սև խոռոչների մասին, այնուհետև ընդհանրացվեց 1975 թվականին Սթիվեն Հոքինգի կողմից։

Ուսումնասիրելով սև խոռոչների մոտ քվանտային դաշտերի պահվածքը, Հոկինգը ենթադրեց, որ սև խոռոչները արտաքին տարածություն են ճառագայթում մասնիկներ, ինչի պատճառով կորցնում է էներգիա։

Այս էֆեկտը անվանվում է Հոկինգի ճառագայթում (գոլորշիացում):

Պարզ ասած՝ գրավիտացիոն դաշտը բևեռացնում է վակուումը, ինչի արդյունքում հնարավոր է ոչ միայն վիրտուալ, այլ իրական մասնիկ-հակամասնիկ զույգի առաջացում։

Մասնիկներից մեկը գտնվելով իրադարձությունների հորիզոնից մի փոքր ցածր, ընկնում է սև խոռոչի մեջ, իսկ մյուսը, գտնվելով հորիզոնից բարձր, թռչում է իր հետ տանելով սև մարմնի էներգիայի, հետևաբար նաև զանգվածի մի մասը։

Սև խոռոչի ճառագայթման հզորությունը հավասար է՝

$L={\frac {\hbar c^{6}}{15360\pi G^{2}M^{2}}}$,

իսկ զանգվածի կորուստը՝

${\frac {dM}{dt}}=-{\frac {\hbar c^{4}}{15360\pi G^{2}M^{2}}}$: Ճառագայթման բաղադրությունը կախված է սև խոռոչի զանգվածից։ Մեծ սև խոռոչները հիմնականում ճառագայթում են անզանգված ֆոտոններ և թեթև նեյտրինո, իսկ թեթև սև խոռոչների դեպքում սպեկտրում հայտնվում են նաև ծանր մասնիկներ։ Անզանգված դաշտերի ճագայթման սպեկտրը, պարզվում է, խստորեն համընկնում է բացարձակ սև մարմնի ճառագայթման հետ, ինչը հնարավորություն տվեց սև խոռոչի ջերմաստիճանի որոշման համար գրել հետևյալ բանաձևը՝

$T_{H}={\frac {\hbar c^{3}}{8\pi kGM}}$,

որտեղ ħ-ը Պլանկի հաստատունն է, c-ն՝ լույսի արագությունը, k-ն՝ Բոլցմանի հաստատունը, G-ն՝ գրավիտացիոն հաստատունը, M-ը՝ սև խոռոչի զանգվածը։ Այս տեսության հիման վրա կառուցվել է սև խոռոչների թերմոդինամիկա։ Մտցվել է սև խոռոչների էնթրոպիայի գաղափարը, որը, պարզվեց, ուղիղ համեմատական է իրադարձությունների հորիզոնի մակերեսին՝

$S={\frac {Akc^{3}}{4\hbar G}}$,

որտեղ $A$-ն իրադարձությունների հորիզոնի մակերեսն է։ Սև խոռոչի գոլորշիացման արագությունը հակադարձ համեմատական է խոռոչի զանգվածին։ Ճառագայթման շնորհիվ սև խոռոչները կորցնում են զանգված, հետևաբար, նրանց կյանքի տևողությունը վերջավոր է դառնում՝

$\tau ={\frac {5120\pi G^{2}M^{3}}{\hbar c^{4}}}$:

Սև խոռոչների գոլորշիացման ինտենսիվությունը աճում է ձնակույտի սկզբունքով և վերջնական փուլը կրում է պայթյունի բնույթ, օրինակ 100 տոնննա զանգվածով սև խոռոչը գոորշիանում է 84 վայրկյանի ընթացքում, անջատելով տասնյակ ատոմային ռումբերի պայթյունի հետևանքով անջատված էներգիայի չափով էներգիա։ Այդ ընթացքում այն մեծ սև խոռոչները, որոնց ջերմաստիճանը Տիեզերքի մնացորդային ճառագայթման ջերմաստիճանից (2.7 Կ) ցածր է, տիեզերքի զարգացման արդի փուլում կարող են միայն աճել, քանի որ ճառագայթված էներգիան զգալիորեն փոքր է կլանվածից։ Հետևյալ պրոցեսը կտևի այնքան, քանի դեռ մնացորդային ճառագայթման ֆոտոնային գազը տիեզերքի ընդլայնման արդյունքում չհովանա։ Առանց գրավիտացիայի քվանտային տեսության հնարավոր չի նկարագրել գոլորշիացման վերջնական փուլը, որի ընթացքում սև խոռոչները վերածվում են միկրոսկոպիկների(քվանտային)։

Սև խոռոչների սնում

Սև խոռոչներով աշխատող շարժիչների գլխավոր խնդիրը վերջիններիս արտաքին նյութերով սնումն է, քանի որ Հոկինգի ճառագայթումը կարգելակի և դուրս կնետի ցանկացած նյութ, որը կփորձի ներխուժել սև խոռոչ։ Ճառագայթի նորմալ անկման դեպքում, երբ խոտորումներ չկան, լույսի ճնշումը կարելի է հաշվարկել հետևյալ բանաձևով՝

$p={\frac {I}{c}}(1-k+\rho ),$ որտեղ $I$-ն չառագայթման ինտենսիվությունն է, $c$-ն՝ լույսի արագությունը, $k$-ն՝ բացթողման գործակիցը, $\rho$-ն՝ անդրադարձման գործակիցը։ Այստեղ՝

$I={\frac {L}{\pi R^{2}}}$, որտեղ R-ը արտանետված նյութի դիրքն է ՓՍԽ-ի նկատմամբ (ՓՍԽ-փոքր սև խոռոչ)։

Սևխոռոչային շարժիչը ֆանտաստիկայում

Սինգուլյար ռեակտորների գաղափարը հայտնվեց գիտական ֆանտաստիկայում Հոկինգի տեսությունից անմիջապես հետո։ Այն դիտարկվում է, որպես անհիլացումով և պրոտոնների արհեստական ցրումով աշխատող ռեակտորների այլընտրանք, քանի որ Հոկինգի էֆեկտը կարելի է դիտարկել, որպես մատերիայից էներգիայի ստացում, այսինքն՝ անհիլացման այլընտրանք։ Սինգուլյար ռեակտորները այս կամ այն ձևով երևում են գիտական ֆանտաստիկայի հետևյալ ստեղծագործություններում և խաղերում՝

• Sid Meier’s Alpha Centauri
• «Աստղային պատերազմներ» — «Singularity reactor»
• X3 — «Singularity Engine Time Accelerator»
• Total Annihilation: Spring
• Տիեզերական ռենջերներ 2 (Space Rangers 2)
• Space Station 13 - խաղի շատ տարբերակներում սինգուլյար շարժիչը համարվում է կայանների հիմնական էներգիայի աղբյուրը։

Գրականություն

• L. Crane, S. Westmoreland Are Black Hole Starships Possible(անգլ.). — 2009.
• L. Crane Possible Implications of the Quantum Theory of Gravity(անգլ.). — 1994.

Արտաքին հղումներ

• http://starwars-exodus.wikia.com/wiki/Singularity_Reactor
• http://trac.caspring.org/wiki/UnitGuide Արխիվացված 2010-04-27 Wayback Machine