Ar gali veikti materijos ir antimedžiagos reaktoriai?

Iki „Star Trek“ energijos šaltinio sukūrimo dar toli

coffeekai / Getty Images

Žvaigždžių laivas Enterprise , serialo „Žvaigždžių kelias“ gerbėjams pažįstamas, turėtų naudoti neįtikėtiną technologiją, vadinamą metmenų pavara , sudėtingas energijos šaltinis, kurio širdyje yra antimedžiaga. Manoma, kad antimedžiaga gamina visą energiją, kurios reikia laivo įgulai, kad galėtų suktis aplink galaktiką ir patirti nuotykių. Natūralu, kad tokia elektrinė yra mokslinės fantastikos kūrinys .

Tačiau tai atrodo taip naudinga, kad žmonės dažnai susimąsto, ar koncepcija, apimanti antimedžiagą, galėtų būti naudojama tarpžvaigždiniams erdvėlaiviams maitinti. Pasirodo, mokslas yra gana pagrįstas, tačiau tam tikros kliūtys neabejotinai trukdo tokį svajonių energijos šaltinį paversti tinkama realybe.

Kas yra antimedžiaga?

Įmonės galios šaltinis yra paprasta reakcija, kurią numato fizika. Medžiaga yra žvaigždžių, planetų ir mūsų „dalykas“. Jį sudaro elektronai, protonai ir neutronai.

Antimedžiaga yra materijos priešingybė, savotiška „veidrodinė“ materija. Jį sudaro dalelės, kurios atskirai yra įvairių statybinių blokų antidalelės reikalas , pavyzdžiui, pozitronai (elektronų antidalelės) ir antiprotonai (protonų antidalelės). Šios antidalelės daugeliu atžvilgių yra identiškos jų įprastinėms medžiagoms, išskyrus tai, kad jos turi priešingą krūvį. Jei juos būtų galima sujungti su įprastomis materijos dalelėmis kokioje nors kameroje, rezultatas būtų milžiniškas energijos išsiskyrimas. Ta energija teoriškai galėtų maitinti žvaigždėlaivį.

Kaip sukuriama antimedžiaga?

Gamta sukuria antidalelių, tik ne dideliais kiekiais. Antidalelės sukuriamos natūraliai vykstančių procesų metu, taip pat eksperimentinėmis priemonėmis, pavyzdžiui, dideliuose dalelių greitintuvuose didelės energijos susidūrimų metu. Naujausiais darbais nustatyta, kad antimedžiaga natūraliai susidaro virš audros debesų – tai pirmoji priemonė, kuria ji natūraliai susidaro Žemėje ir jos atmosferoje.

Priešingu atveju, norint sukurti antimedžiagą, reikia daug šilumos ir energijos, pavyzdžiui, per supernovos arba viduje pagrindinės sekos žvaigždės , pavyzdžiui, saulė. Mes niekur negalime lygiuotis į tuos didžiulius sintezės įrenginių tipus.

Kaip galėtų veikti antimaterijos jėgainės

Teoriškai materija ir jos antimedžiagos atitikmenys yra sujungiami ir, kaip rodo pavadinimas, iš karto sunaikina vienas kitą, išlaisvindami energiją. Kaip tokia elektrinė būtų struktūrizuota?

Pirma, jis turėtų būti labai kruopščiai pastatytas dėl didžiulio energijos kiekio. Antimedžiaga būtų atskirta nuo normalios medžiagos magnetiniais laukais, kad nevyktų nenumatytos reakcijos. Tada energija būtų išgaunama taip pat, kaip branduoliniai reaktoriai sugauna dalijimosi reakcijų sunaudotą šilumos ir šviesos energiją.

Medžiagos ir antimedžiagos reaktoriai būtų daug efektyvesni energijos gamybai nei sintezė, kitas geriausias reakcijos mechanizmas. Tačiau vis dar neįmanoma visiškai užfiksuoti materijos ir antimedžiagos įvykio išsiskiriančios energijos. Didelę dalį išvesties išneša neutrinai, beveik bemasės dalelės, kurios taip silpnai sąveikauja su medžiaga, kad jų beveik neįmanoma užfiksuoti, bent jau energijos išgavimo tikslais.

Problemos su antimaterijos technologija

Susirūpinimas dėl energijos surinkimo nėra toks svarbus, kaip užduotis gauti pakankamai antimedžiagos, kad galėtų atlikti darbą. Pirma, turime turėti pakankamai antimedžiagos. Tai yra pagrindinis sunkumas: gauti didelį kiekį antimedžiagos reaktoriui palaikyti. Nors mokslininkai sukūrė nedidelį kiekį antimedžiagos, pradedant pozitronais, antiprotonais, antivandenilio atomais ir net keliais antihelio atomais, jų nebuvo pakankamai daug, kad būtų galima daug ką veikti.

Jei inžinieriai surinktų visą antimedžiagą, kuri kada nors buvo dirbtinai sukurta, kartu su normalia medžiaga vargu ar pakaktų įprastinę lemputę uždegti ilgiau nei kelias minutes.

Be to, kaina būtų neįtikėtinai didelė. Dalelių greitintuvai yra brangūs eksploatuoti, net jei jų susidūrimo metu susidaro nedidelis kiekis antimedžiagos. Geriausiu atveju vieno gramo pozitronų gamyba kainuotų apie 25 milijardus dolerių. CERN mokslininkai pabrėžia, kad norint pagaminti vieną gramą antimedžiagos, prireiktų 100 kvadrilijonų dolerių ir 100 milijardų metų paleisti greitintuvą.

Akivaizdu, kad bent jau naudojant šiuo metu turimas technologijas reguliari antimedžiagos gamyba neatrodo daug žadanti, todėl žvaigždėlaiviai kuriam laikui tampa nepasiekiami. Tačiau NASA ieško būdų, kaip užfiksuoti natūraliai sukurtą antimedžiagą, kuri galėtų būti daug žadantis būdas maitinti erdvėlaivius, keliaujančius per galaktiką.

Antimaterijos paieška

Kur mokslininkai ieškotų pakankamai antimedžiagos, kad galėtų atlikti šį triuką? Thenuo Alleno radiacija juostos – spurgos formos įkrautų dalelių regionai, supantys Žemę – turi daug antidalelių. Jie sukuriami, kai labai didelės energijos įkrautos saulės dalelės sąveikauja su Žemės magnetiniu lauku. Taigi gali būti įmanoma užfiksuoti šią antimedžiagą ir išsaugoti ją magnetinio lauko „buteliuose“, kol laivas galės ją panaudoti varymui.

Be to, neseniai atradus antimedžiagų susidarymą virš audros debesų, kai kurias iš šių dalelių būtų įmanoma užfiksuoti mūsų reikmėms. Tačiau, kadangi reakcijos vyksta mūsų atmosferoje, antimedžiaga neišvengiamai sąveikaus su įprasta medžiaga ir sunaikins, greičiausiai, kol turėsime galimybę ją užfiksuoti.

Taigi, nors tai vis dar būtų gana brangu, o gaudymo būdai vis dar tiriami, galbūt kada nors bus įmanoma sukurti technologiją, kuri galėtų surinkti antimedžiagą iš mus supančios erdvės pigiau nei dirbtinis kūrimas Žemėje.

Antimaterijos reaktorių ateitis

Tobulėjant technologijoms ir pradėjus geriau suprasti, kaip kuriama antimedžiaga, mokslininkai gali pradėti kurti būdus, kaip užfiksuoti natūraliai susidarančias nepagaunamas daleles. Taigi, neįmanoma, kad vieną dieną galėtume turėti tokių energijos šaltinių, kokie pavaizduoti mokslinėje fantastikoje.

- Redagavo ir atnaujinoCarolyn Collins Petersen