Из всех ядерных реакций, продукты которых раз­летаются со скоростью, близкой к скорости света, наиболее детально исследована аннигиляция. Здесь из протонов и нейтронов рождаются пи-мезоны. Каждый раз выделяется порядка 5 частиц, причем в среднем равное количество положительных, отрицательных и нейтральных. И все они движутся почти со скоростью света. Время жизни нейтрального пи-мезона - 2 x 1O-16 с; за это время он успевает пролететь доли микрометра, а затем распадается на два гамма-кванта. Заряженный пи-мезон живет несколько дольше - 2,5 x 10-8 с. Он распадается на заряженный мю-мезон (мюон) и нейтрино.
Нейтрино уносит около 12% энергии, а мю-мезон, в свою очередь, через 2,2 x 10-6 с распадается на электрон (или позитрон) и нейтрино.
Электроны и позитроны - долгоживущие частицы, но на них приходится всего 16% энергии анни­гиляции, и потому, направленный поток надо форми­ровать на той стадии, когда продуктами реакции яв­ляются мезоны. Отсюда следует, что нам достаточно иметь такую энергопоглощающую зону реактора, раз­мер которой заведомо меньше длины пробега самой долгоживущей из промежуточных частиц - мю-мезона, т. е. должен быть в пределах 1 км. Тогда будут соблюдены все условия, позволяющие использовать реакцию аннигиляции в звездолете.
Теперь обратимся ко второму главному компонен­ту системы. Нужное фокусирующее и отражающее осесимметричное магнитное поле можно получить с помощью кольцевого магнита. Если источник заряженных частиц расположен на оси этого кольца, то основ­ная их масса будет отражаться полем и передаст свой импульс формирующему его магниту. Лишь неболь­шое число частиц, движущихся точно по оси поля, не повернет вспять и пройдет через магнитное зеркало без потери энергии. Вот эти-то частицы и защитят звездолет от столкновений с веществом межзвездной среды, поскольку будут обгонять корабль, взаимо­действовать с движущимися навстречу атомами и пы­линками впереди и ионизовать их, а ионизованную материю отклонит от аппарата то же магнитное поле. Это удачное обстоятельство почти полностью снимает вопрос о мерах защиты при межзвездных перелетах с большими скоростями.
В качестве генератора магнитного поля удобен по­лый замкнутый токопроводящин тор ("бублик"). Его магнитные свойства детально изучены, и определение параметров не вызовет трудностей. К преимуществам подобного электромагнита надо отнести, в частности, то, что он в миллионы раз легче постоянного магнита той же силы, а напряженность магнитного поля на по­верхности тора можно выбрать при расчетах так, что­бы она не достигала опасной величины.
Теоретические предпосылки для создания ядерного реактивного двигателя следующие. Заряженные части­цы - продукты ядерной реакции, разлетаясь в магнит­ном поле, движутся по спирали вокруг силовых линий и деформируют его. Но затем из-за неоднородности магнитного поля частицы выталкиваются в направле­нии уменьшения его напряженности (если, конечно, у частиц энергия меньше, чем у поля). Следовательно, нужна такая напряженность поля, которая способна выдержать энергию взрыва, а ядерный синтез должен идти дискретно, т. е. каждую новую порцию реагентов надлежит подавать в зону реакции лишь после того, как из нее выйдут продукты предыдущего микро­взрыва.
Избежать повреждений конструкции можно, вы­брав такое расстояние от центра тора до зоны реакции, которое бы существенно превышало ее размер.
С помощью МГД-генератора часть энергии частиц может быть превращена в электрическую энергию и использована для работы электромагнитных пушек, различных механизмов и приборов звездолета. При этом скорость частиц изменится настолько незначи­тельно, что такого рода потери можно вообще не учи­тывать при расчете энергетического баланса двига­теля.
Весьма просто вычислить коэффициент полезного действия двигателя, который определяют доля энергии ядерной реакции, уносимая заряженными частицами, доля отраженных частиц и степень сфокусирован­ности реактивной струи из них.
Несложен и расчет теплового баланса звездолета. Та энергия микровзрыва, которая уносится нейтраль­ными частицами и достигает вещества тора (посколь­ку не отражается магнитным полем), будет поглощать­ся конструкцией и приводить к ее разогреву. Следова­тельно, надо предусмотреть, чтобы вся поглощенная энергия отводилась. Охлаждение в вакууме обеспе­чивает тепловое излучение.