НАСА разрабатывает электростатический метод защиты астронавтов от заряженных частиц солнечных вспышек и галактической радиации, преимущественно положительно заряженных, протоны итд. С протонами все ясно. А как быть с электронами? Не могут же они ускоряться, иначе это было бы нарушением законов сохранения энергии и импульса?

Ну, электроны, наверное, будут отталкиваться отрицательно заряженной сеткой, а самые энергичные просто поглотятся положительно заряженной пластиной. Разве нет?

на первый взгляд электрону трудно оттолкнуться от отрицательной сетки, так как электрическое поле локализовано между обкладками. Потом. Пролетая между обкладками, он по идее он должен ускоряться. При этом, конденсатор тоже получает импульс. На первый взгляд нарушение законов сохранения.

Представьте себе ситуацию, если он пролетает конденсатор "навылет".

А магнитное поле там не участвует?

Да слева там должна быть еще одна пластина, заряженная "+" : двойной конденсатор с минусовой центральной пластиной - относительно крайних пластин.
Автор, наверное, забыл нарисовать.

пока нет. Это другой, альтернативный метод.

а зачем? Главная опасность в протонах более 100МЭВ

Против них это прекрасно работает. Протон проходит отрицательный электрод без изменений в энергии, а затем тормозится в поле, отдавая импульс системе. Все нормально.

Теперь , скажем электрон прошивает конденсатор насквозь, то работа не должна совершаться..
Когда он проникает внутрь, судя по всему он должен преодолеть некий потенциальный барьер.
Но если он существует, то тогда по идее такой конденсатор должен при определенных условиях будет отражать и электроны. Вот это и не понятно.

ясно что это не так, но я доведу идею до абсурда. Электрон прошивает батарею конденсаторов. Внешне он должен ускоряться, эдакий химерический ускоритель. Но при этом
батарея не совершает работы никак

Чудесно: при такой системе нескольких конденсаторов, траектории зарядов искривляются, что приведет к простому грубому механическому соударению зарядов с пластинами и будет выделяться обычное джоулево тепло за счет "работы соударения".

ну зачем, представьте что обкладки выполнены ввиде сетки, а энергия электронов достаточно большая. Ну, скажем обкладки конденсатора сделаны из монослоя графена! То есть атомарный слой. Через графен электроны проскакивают вообще без проблем. Я пришел к выводу, что при достаточно разницы потенциалов такой конденсатор должен защищать не только от протонов, но и от электронов. Но как, не очень понятно!

Насчет искривления не понятно. Геометрия конденсаторов планарная.

Ну, представьте, частичка массой и зарядом на несколько десятков порядков меньше массы и заряда электродной пластины пролетает сквозь дырку в оной ?

Ну, для системы с двумя обкладками потенциал будет примерно такой:

Обратите внимание, я там внизу и наверху подрисовал направление векторов Е в двух экстремумах, вот и получается, что положение устойчивого равновесия протонов будет слева, а электронов - справа. Другое дело, что при формировании такой "шубы" из заряженных частиц потенциал изменится, но это уже сложнее посчитать. Если же справа находится диэлектрическая стенка космического корабля, то потенциал на ней (вернее график потенциала) просто обрывается, однако ничего в принципе не изменится. Интересно еще вот что: заряды будут переходить на обкладки этого конденсатора, так что при должном значении сопротивления в в цепи источника питания, ток источника будет равен притекающему току из Солнца, тогда "шуба" из элементарных частиц не будет образовываться (по-крайней мере в первом, самом грубом приближении), но источник напряжения должен обладать необходимой мощностью, чтобы "перекачивать" этот заряд. Мощность Р можно посчитать так:
Р = I * U, где I - ток:
I = 2eSФ, где Ф - плотность потока частиц, e - модуль заряда электрона, S - площадь пластины, коэффициент два учитывает, что имеются только протоны и электроны и их концентрации равны (вообще говоря, возможно, это и не так), а U - напряжение между обкладками вашего "конденсатора" плюс падение напряжения на резисторе цепи питания. Найдите конкретные цифры и подставьте в формулу - интересно, что получится.

Да, но по мере увеличении интенсивности (концентрации) Заряженных Частиц (ЗЧ), шуба не будет успевать рассасываться и возникнет область пространственного заряда (ОПЗ), который начнет нейтрализовывать приложенное к обкладкам электрическое напряжение.
И при дальнейшем увеличении концентрации (ЗЧ), в конце концов, останется только один механизм "поглощения" зарядов: столкновения с электродными пластинами.

Вспомните эксперимент Резерфорда Хотя это здесь не самое главное

спасибо за крайне содержательный ответ, очень интересно! Что касается отражения протонов, то там энергия не тратится. Идет просто обмен импульсами.

Да, этого слона я и не заметил Но, это вроде бы противоречит картинке, которую нарисовал tkm. У плоского бесконечного конденсатора потенциал вне конденсатора константа с одной стороны и другая константа с другой.


Может быть я опять чего то не вижу, но без пространственного заряда такая картина потенциала не получится. По крайней мере такое не возможно в случае, когда потенциал зависит только от одной переменной, тогда вторая производная потенциала в выделенном направлении пропорциональна плотности заряда.

Согласен. Но в данном случае система не бесконечная, значит зависимость от двух других координат есть. На самом деле, эта картинка возникла следующим образом: представим два точечных заряда - потенциал такой системы будет иметь две точки разрыва, в одной будет уходить на бесконечность, в другой - на минус бесконечность, на больших расстояниях стремится к нулю, а между зарядами как-то (гладким образом) соединяет плюс и минус бесконечность. Теперь размажем этот заряд по прямоугольному бруску (паралле... как там его? ну в общем понятно ) (ну, например, учтем, что у "обкладки" конечная длина, ширина и толщина) - тогда бесконечности сгладятся просто до двух экстремумов - максимума и минимума. В принципе, можно поточнее посчитать потенциал такой системы - потенциал заряженного прута известен - это разность двух "длинных логарифмов", ну просуммировать это потом... Только я практической потребности в этой задаче не вижу Не конструируем мы же защиту, в самом деле

А главное и утонуло за рассуждениями теоретиков о мелких деталях процесса...

кажется идея понятна. Без внешнего заряда картина будет очевидной. Его же появление
не может остаться незамеченным! Он будет взаимодействовать с обоими обкладками. С ближней сильнее. И тогда распределение потенциала изменится. Паралоксально, но такой конденсатор в принципе способен отражать и электроны.

А какова будет потеря энергии за счет излучения, когда частицы будут болтаться между обкладками?

хороший вопрос. Если да, то может генерироваться опасное рентгенвское и гамм-излучение.

Интересно, можно ли на таком принципе сделать лазер-змейку, как это в случае с магниным аналогом.

е