章节出错了,点此刷新,刷新后小编会在两分钟内校正章节内容,请稍后再试。
吸积过程可以将物体质量的大约10%~40%以上转化为能量,而核聚变过程则约为0.7%,相较于核聚变来说效率高到不知道哪里去了。
吸积过程发电数据来源于德国波恩大学天文学博士,马克斯·普朗克射电天文学研究所(MPIfR)研究员玛丽亚·马西的文章——"Accretion"(吸积)【吐槽:这名字起的也太简单了点】
辐射黑洞反应堆,原理基于霍金辐射,可以简易理解为黑洞会自发光,在这一过程中黑洞质量将被100%转化为纯能量,辐射黑洞反应堆通常使用10万吨级黑洞,至于为什么使用这么小的黑洞,是因为霍金喜欢小的(萝莉岛)。咳咳,开个玩笑,实际上是因为黑洞辐射功率与黑洞质量成负二次方关系,计算如下。
根据霍金的视界等效温度公式,黑洞的质量与温度成反比,越小的黑洞温度越高。根据黑体辐射可知,任何有温度的物体都在发出热辐射,越热的物体辐射越强,辐射功率与温度呈四次方关系。将等效温度与黑体辐射连一起可得在表面积不变的情况下,黑洞辐射功率与黑洞质量成负四次方关系。
接下来考虑黑洞视界表面积的影响,因为计算热辐射总功率还需要乘物体表面积,而众所周知黑洞视界表面积是个球,球的表面积公式是S=4Πr²。而黑洞的视界半径与黑洞质量成正比,可得黑洞表面积与黑洞质量成二次方关系。
将黑洞辐射功率与黑洞质量的负四次方关系与黑洞表面积与黑洞质量二次方关系连一起,负四次方关系减去二次方关系得负二次方关系,两个黑洞质量消掉,变成黑洞辐射功率与黑洞质量。
因此黑洞辐射功率与黑洞质量成负二次方关系。也就是黑洞越小,辐射越强。黑洞越大,辐射越小。史瓦西半径每增大一倍,黑洞辐射功率就减小1/4,因此,实际上是霍金辐射喜欢无毛小黑洞,而不是霍金喜欢(笑)。
一个以霍金辐射保证足够能量释放的黑洞标准为10万吨级,每秒释放3.6x10^16W能量,卡尔达舍夫一级文明可用总功率为10^16W能量,能量输出相当于3.6个K1级文明,其辐射水平足以将所有靠近的物质吹散,这导致我们无法以正常手段,也就是吸积方式向黑洞内部投放物质维持黑洞的存在。
而且10万吨黑洞视界大小远低于强相互作用起效范围,其史瓦西半径只有1.49×10^−19米(0.149阿米),而单个质子的半径为870阿米。
靠近的粒子之间会受库仑斥力、强互作用斥力、费米子简并压力三重斥力而无法进入视界。必须使用质子束向黑洞人工投放质量以补充损失,因为质子束的汤姆逊散射截面积比电子束要小得多,质量也大得多。而中子束通常由质子束经过电子补偿得来,质量并未增加多少,却还使得散射截面积增大,因此只有质子束的投放效率最高最清洁,投放氘氚会导致额外的中子辐射,一般不使用。
相较于吸积黑洞反应堆其优势在于反应堆结构与黑洞质量的显著小型化与100%的质能转换,同时反应堆发电功率可以根据需求进行一定程度的调节,需要更大发电功率的情况下可以减少质子投放增加霍金辐射。
相较于吸积反应堆,辐射反应堆必须使用加速器人工注入质子束维持黑洞质量,不像一代构型那样具有极为宽泛的燃料来源,吸积反应堆可以用来处理各种废料与垃圾,例如乏核燃料,生活垃圾,医疗废弃物,甚至是人畜粪便(生物质实际上是很重要的资源,因此不会这样做),因此吸积反应堆通常装备于擎天堡/太空殖民地,辐射反应堆通常装备于星舰上,不过仍有部分星舰会装备一代反应堆,例如世代飞船、战区工业母舰、行星裂解舰等超大型飞船。