S-ar putea să funcționeze reacțiile antimaterie?
Share
Nava stelară Enterprise, familiar fanilor seriei "Star Trek", se presupune că folosește o tehnologie incredibilă numită warp drive, o sursă de putere sofisticată care are antimaterie în centrul său. Se presupune că Antimateria produce toată energia de care are nevoie echipajul navei pentru a-și croi calea în jurul galaxiei și a avea aventuri. Desigur, o astfel de centrală electrică este opera științei ficțiunii.
Cu toate acestea, pare atât de util, încât oamenii se întreabă adesea dacă un concept care implică antimaterie ar putea fi folosit pentru a alimenta nave spațiale interstelare. Se dovedește că știința este destul de temeinică, dar unele obstacole stau cu siguranță în modul de a face o astfel de sursă de putere de vis într-o realitate utilizabilă.
Ce este Antimateria?
Sursa puterii Enterprise este o reacție simplă prevăzută de fizică. Materia este „chestia” stelelor, planetelor și a noastră. Este format din electroni, protoni și neutroni.
Antimateria este opusul materiei, un fel de materie „oglindă”. Este compus din particule care sunt, individual, antiparticule ale diferitelor blocuri de materie, cum ar fi pozitronii (antiparticule de electroni) și antiprotone (antiparticule de protoni). Aceste antiparticule sunt identice în cele mai multe moduri cu omologii lor obișnuiți de materie, cu excepția faptului că au sarcina opusă. Dacă ar putea fi reunite cu particule obișnuite de materie într-un fel de cameră, rezultatul ar fi o eliberare uriașă de energie. Această energie ar putea, teoretic, să conducă o navă de stele.
Cum este creat Antimateria?
Natura creează antiparticule, nu doar în cantități mari. Antiparticulele sunt create în procese naturale, precum și prin mijloace experimentale, cum ar fi în acceleratoarele de particule mari, în coliziuni cu energie mare. Lucrări recente au descoperit că antimateria este creată în mod natural deasupra norilor de furtună, primul mijloc prin care este produs în mod natural pe Pământ și în atmosfera sa.
În caz contrar, este nevoie de cantități masive de căldură și energie pentru a crea antimaterie, cum ar fi în timpul supernovelor sau în interiorul stelelor cu secvență principală, cum ar fi soarele. Nu suntem în niciun caz aproape de a putea imita acele tipuri masive de instalații de fuziune.
Cum ar putea să funcționeze centralele antimaterie
În teorie, materia și echivalentul ei antimaterial sunt reunite și imediat, după cum sugerează și numele, se anihilează reciproc, eliberând energie. Cum ar fi structurată o astfel de centrală electrică?
În primul rând, ar trebui să fie foarte atent construită din cauza cantităților uriașe de energie implicate. Antimateria ar fi conținută separat de materia normală prin câmpuri magnetice, astfel încât să nu aibă loc reacții nedorite. Apoi, energia ar fi extrasă în același mod în care reactoarele nucleare captează energia termică cheltuită și lumina din reacțiile de fisiune.
Reactoarele antimaterie ar fi ordinele de mărime mai eficiente la producerea de energie decât fuziunea, următorul cel mai bun mecanism de reacție. Cu toate acestea, încă nu este posibilă captarea completă a energiei eliberate dintr-un eveniment antimaterie. O cantitate semnificativă din producție este eliminată de neutrini, particule aproape fără masă, care interacționează atât de slab cu materia încât sunt aproape imposibil de captat, cel puțin în scopul extragerii de energie.
Probleme cu tehnologia antimaterie
Îngrijorările legate de captarea energiei nu sunt la fel de importante ca sarcina de a obține suficientă antimaterie pentru a face treaba. În primul rând, trebuie să avem suficientă antimaterie. Aceasta este dificultatea majoră: obținerea unei cantități semnificative de antimaterie pentru a susține un reactor. În timp ce oamenii de știință au creat cantități mici de antimaterie, variind de la pozitroni, antiprotone, atomi anti-hidrogen și chiar câțiva atomi anti-heliu, nu au fost în cantități suficiente pentru a alimenta mai mult nimic..
Dacă inginerii ar aduna toată antimateria care a fost creată vreodată artificial, atunci când este combinată cu materia normală, nu ar fi suficient să aprindem un bec standard mai mult de câteva minute..
În plus, costul ar fi incredibil de mare. Acceleratoarele de particule sunt costisitoare pentru a rula, chiar și pentru a produce o cantitate mică de antimaterie în coliziunile lor. În cel mai bun caz, ar fi generat de 25 de miliarde de dolari pentru a produce un gram de pozitroni. Cercetătorii de la CERN au subliniat că ar fi nevoie de 100 de miliarde de dolari și 100 de miliarde de ani de funcționare a acceleratorului lor pentru a produce un singur gram de antimaterie.
În mod clar, cel puțin cu tehnologia disponibilă în prezent, fabricarea obișnuită de antimaterie nu pare a fi promițătoare, ceea ce pune navele la îndemână pentru un timp. Cu toate acestea, NASA caută modalități de a capta antimaterie creată în mod natural, ceea ce ar putea fi o modalitate promițătoare de a genera nave spațiale în timp ce călătoresc prin galaxie.
Căutarea Antimateriei
Unde ar căuta oamenii de știință suficientă antimaterie pentru a face trucul? Curele de radiație Van Allen - regiuni în formă de gogoșă de particule încărcate care înconjoară Pământul conțin cantități semnificative de antiparticule. Acestea sunt create ca particule încărcate cu energie foarte mare din soare, interacționează cu câmpul magnetic al Pământului. Așadar, ar putea fi posibilă captarea acestei antimaterii și păstrarea acesteia în „sticle” de câmp magnetic până când o navă o poate folosi pentru propulsie.
