核融合推進の比推力について

質問

ウィキペディアにて核融合の比推力が数万秒と算出されていましたが、これはどういう計算でそうなったのでしょうか？
　プラズマ圧力や質量流量についての具体的な数値があるのでしょうか。
　よろしくお願いします。

回答No.1

masa2211 · ベストアンサー

比推力の定義は、「排気速度を重力加速度で割ったもの」
であり、排気速度の理論値を出す場合、プラズマ圧力や質量流量は不要です。
以下、
ε：エネルギー変換効率
ｗ：排気速度
ｃ：光速
とします。
排気速度はεが決まれば自動的に決まります。（これ以外の値でも排気できるが効率が悪くなる。）
排気速度の理論値は、
「燃料の一部がエネルギーに変換し、残りカスがエネルギーで加速された状態」
を考えればよく、
結論だけ書くと、
（ｗ/ｃ）＝（ε（2-ε））^0.5
※講談社ブルーバックス　石原藤夫著　「銀河旅行」　Ｐ89

化学ロケットの場合、εが10^-10くらいで、ｗ＝4240ｍ/ｓ　比推力430秒。
核融合（重水素＋三重水素＝ヘリウム４＋中性子）の場合、ε＝0.0038　　ｗ＝光速の9％弱。　比推力3000万秒弱。
ただし、これは理論値（＝途中でエネルギーロスが発生しない）であるので、現実には化学ロケットで比推力430秒は無理で300秒くらい。
（この値がウィキペディアに載っている。）

核融合の場合、「船尾で水爆を爆発させる」という荒っぽいが最善に近い方法がとれるので、効率は相当高いはずであり、
比推力数万秒は、「そりゃ低すぎるだろ？」という値です。
※数万秒を5万秒と解すると、排気速度50万ｍ/ｓ（50ｋｍ/秒）となります。
※※理論値の光速の9％とは27000ｋｍ/秒であり、過小評価としか思えない。

たぶん、ウィキペディアでいう核融合推進システムとは、
「核融合のエネルギーを利用して別途積み込んだ推進剤（水素、あるいは氷、その他適当なもの）を噴射するもの」
と思われます。
この場合、燃料（重水素＋三重水素）と推進剤の比率が関係するので、比推力の値については、好きな値をとれる、としか言いようが
ありません。

お礼

ありがとうございます。
　森北出版「ロケットエンジン」を読んでこの質問をしましたが、そういう算出方法もあるんですね。勉強になります。