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反物質触媒核パルス推進、反陽子触媒核パルス推進、ACMF: 反陽子触媒マイクロ核分裂融合、AIM: 反物質影響マイクロ核分裂融合は、特に燃料が臨界未満の場合、推進のために核連鎖反応を開始または強化するために核燃料の塊に反物質を注入することに基づく核パルス推進の変種です。
典型的な核パルス推進の欠点は、エンジンの最小サイズが、推力を発生させるために使用される核爆弾の最小サイズによって決まることであり、これは反応を開始するために必要な臨界質量の量によって決まります。従来の熱核爆弾の設計は、2つの部分から構成されています。1つは、ほぼ常にプルトニウムをベースとする一次部分、もう1つは、通常は重水素化リチウムの形での重水素と、反応中にリチウムがトリチウムに変換されるときに生成されるトリチウムを使用する二次部分です。 臨界質量を達成するには、一次部分に最小サイズ（プルトニウム239の場合は約10キログラム）が必要です。より強力な装置は、主に二次部分に核融合燃料を追加することによってサイズが大きくなります。2つのうち、核融合燃料ははるかに安価で、放射性生成物をはるかに少なく放出するため、コストと効率の観点から、大型の爆弾の方がはるかに効率的です。しかし、このような大型爆弾を宇宙船の推進に使用するには、応力に耐えられるはるかに大きな構造が必要です。この二つの要求の間にはトレードオフが存在する。
少量の反物質を臨界未満の燃料（通常はプルトニウムまたはウラン）に注入することで、燃料の核分裂を強制的に起こすことができます。反陽子は電子と同様に負の電荷を持ち、正に帯電した原子核に同様の方法で捕獲されます。しかし、初期配置は不安定で、ガンマ線としてエネルギーを放射します。その結果、反陽子は原子核にどんどん近づき、クォークが相互作用できる状態になると、反陽子と陽子は両方とも消滅します。この反応によって膨大な量のエネルギーが放出され、その一部はガンマ線として放出され、一部は運動エネルギーとして原子核に伝達され、原子核を分裂させます（核分裂反応）。結果として生じる中性子のシャワーは、周囲の燃料に急速な核分裂、あるいは核融合を引き起こす可能性があります。
装置のサイズの下限は、反陽子の取り扱いの問題や、爆発を封じ込めて方向付けるために使用される構造などの核分裂反応の要件によって決まります。そのため、大量の核爆薬を必要とするプロジェクト・オリオン型の推進システムや、途方もなく高価な量の反物質を必要とするさまざまな反物質ドライブとは異なり、反物質触媒核パルス推進には本質的な利点があります。[ 1 ]
反物質触媒熱核爆発物理パッケージの概念設計では、従来のテラー・ウラム熱核爆発で点火に通常必要なプルトニウムの主質量が、1マイクログラムの反水素に置き換えられます。この理論設計では、反物質はヘリウムで冷却され、直径10分の1ミリメートルのペレットの形で装置の中心に磁気浮上され、レイヤーケーキ/スロイカ設計の主核分裂炉心に類似した位置にあります。[ 2 ] [ 3 ]反物質は爆発の所望の瞬間まで通常の物質から離れていなければならないため、中心のペレットは周囲の100グラムの熱核燃料の中空球から隔離されなければなりません。高爆薬レンズによる爆縮 圧縮中および圧縮後に、核融合燃料が反水素と接触します。ペニングトラップが破壊された直後に始まる対消滅反応は、熱核燃料で核融合を開始するためのエネルギーを提供する。選択された圧縮度が高い場合、爆発/推進効果が増大した装置が得られ、圧縮度が低い場合、つまり燃料が高密度でない場合、かなりの数のニュートロンが装置から漏れ出し、中性子爆弾が形成される。どちらの場合も、電磁パルス効果と放射性降下物は、同じ出力（約 1 kt）の従来の核分裂装置またはテラー・ウラム装置よりも大幅に低い。 [ 4 ]
触媒作用（増強）に必要な反陽子の数と、開始（引き金）に必要な反陽子の数は同じではありません。熱核爆発を引き金にするには、2005年に10¹⁸個、つまり1.67マイクログラムの反水素が必要であると計算されました。[ 5 ]
宇宙船の性能調整も可能です。ロケットの効率は、使用される作動質量（この場合は核燃料）の質量に大きく関係します。一定量の核融合燃料から放出されるエネルギーは、同じ質量の核分裂燃料から放出されるエネルギーの数倍になります。有人惑星間ミッションなど、短時間で高い推力を必要とするミッションでは、必要な燃料要素の数を減らせるため、純粋なマイクロ核分裂が好ましい場合があります。一方、外惑星探査機など、より長い期間で高い効率が求められるものの、推力は低いミッションでは、総燃料質量を減らせるため、マイクロ核分裂と核融合の組み合わせが好ましい場合があります。
この概念は1992年以前にペンシルベニア州立大学で考案されました。それ以来、いくつかのグループが実験室で反物質触媒マイクロ核分裂/核融合エンジンを研究してきました。[ 6 ]ローレンス・リバモア国立研究所では、2004年にはすでに反陽子開始核融合の研究が行われていました。[ 7 ]慣性閉じ込め核融合（ICF）の従来の駆動装置の大きな質量、複雑さ、再循環電力とは対照的に、反陽子消滅は90 MJ/μgの比エネルギーを提供し 、したがって独自のエネルギーパッケージングと供給形態を提供します。原理的には、反陽子駆動装置は、ICFによる先進宇宙推進のシステム質量を大幅に削減できる可能性があります。
反陽子駆動型慣性閉じ込め核融合（ICF）は、まだ構想段階の概念であり、反陽子の取り扱い、そして時間的・空間的な高精度な注入を実現するには、重大な技術的課題が伴うだろう。低エネルギー反陽子、特に反水素の貯蔵と操作は、まだ黎明期にある科学分野であり、こうした応用に向けた本格的な研究開発プログラムに着手するには、現在の供給方法を大幅に上回る規模の反陽子生産が必要となる。
2011年にCERN 施設で行われた、わずか1000秒強の反物質貯蔵の記録は、当時達成可能だったミリ秒単位の時間スケールからの飛躍的な進歩であった。[ 8 ]さらに最近では、2023年から2025年の間に、同じくCERNで反陽子が614日間貯蔵された。[ 9 ]
1年間の世界全体の反陽子生産量はナノグラムの範囲である。ペンシルベニア州立大学の反物質トラップ（マーク1バージョン）は 、約168時間の間、100億個の反陽子を貯蔵する能力がある。プロジェクト・イカロスは、1ミリグラムの反陽子の生産にかかる推定コストを1000億ドルとしている。[ 10 ]
厳密には、各反応を開始するために使用された反物質が消費されるため、これは「触媒」ではなく「強化」された反陽子反応である。反粒子は、その場で再び生成され、プロセス中に瞬時に消滅する可能性があるが、反物質が実際に触媒として存在していた場合、元の反粒子はプロセスによって変化せず、その存在が継続することでさらなる反応に影響を与えるだろう。[ 11 ] [ 12 ]それにもかかわらず、技術的には不正確だが一般的な命名法は依然として使われている。