Kunne materie-antimaterie-reaktorteknologi arbejde?

Starship Enterprise, kendt for fans af "Star Trek" -serien, skal antage at bruge en utrolig kaldet teknologi varp drev, en sofistikeret strømkilde, der har antimaterie i hjertet. Antimatter producerer angiveligt al den energi, som skibets besætning har brug for for at fordre sig rundt i galaksen og have eventyr. Et sådant kraftværk er naturligvis arbejde med science fiction.

Det virker dog så nyttigt, at folk ofte spekulerer på, om et koncept, der involverer antimateriale, kunne bruges til at drive mellemstjernet rumfartøj. Det viser sig, at videnskaben er ret sund, men nogle forhindringer er bestemt i vejen for at gøre en sådan drømskraft til en anvendelig virkelighed.

Kilden til Enterprise's magt er en simpel reaktion forudsagt af fysik. Materiale er "ting" af stjerner, planeter og os. Den består af elektroner, protoner og neutroner.

Antimaterie er det modsatte af materien, en slags "spejl" -sag. Det er sammensat af partikler, der hver for sig er antipartikler af de forskellige byggesten

Naturen skaber antipartikler, bare ikke i store mængder. Antipartikler oprettes i naturligt forekommende processer såvel som gennem eksperimentelle midler, såsom i store partikelacceleratorer i højenergikollisioner. Nyligt arbejde har fundet, at antimaterie er skabt naturligt over stormskyer, det første middel, hvorpå det produceres naturligt på Jorden og i dets atmosfære.

Ellers kræver det enorme mængder varme og energi for at skabe antimaterie, såsom under supernovaer eller indeni stjerner i hovedsekvensen, såsom solen. Vi er ikke i nærheden af ​​at kunne efterligne de massive typer fusionsplanter.

I teorien bringes stof og dets antimaterielle ækvivalent sammen, og straks, som navnet antyder, udslettes hinanden og frigøres energi. Hvordan skulle et sådant kraftværk struktureres?

For det første skal det bygges meget omhyggeligt på grund af de enorme mængder energi, der er involveret. Antimateriet ville indeholde adskilt fra det normale stof med magnetiske felter, så der ikke finder sted utilsigtede reaktioner. Energien udvindes derefter på meget den samme måde, som atomreaktorer fanger den forbrugte varme og lysenergi fra fissionsreaktioner.

Materiale-antimaterielle reaktorer ville være størrelsesordener mere effektive til at producere energi end fusion, den næste bedste reaktionsmekanisme. Det er dog stadig ikke muligt at fange den frigjorte energi fuldstændigt fra en sag med antimateriebegivenheder. En betydelig mængde af output transporteres væk af neutrinoer, næsten masseløse partikler, der interagerer således svagt med sagen, som de næsten er umulige at fange, i det mindste med henblik på udtrækning energi.

Bekymringer omkring opsamling af energi er ikke så vigtige som opgaven med at få nok antimaterie til at udføre jobbet. For det første skal vi have nok antimaterie. Det er den største vanskelighed: at få en betydelig mængde antimaterie for at opretholde en reaktor. Mens forskere har skabt små mængder antimaterie, der spænder fra positroner, antiprotons, anti-hydrogen atomer, og endda et par anti-heliumatomer, har de ikke været i tilstrækkelig store mængder til magten af ​​meget hvad som helst.

Hvis ingeniører skulle samle alt det antimateriale, der nogensinde er blevet kunstigt skabt, når det kombineres med normal sag ville det næppe være nok til at tænde en standardpære i mere end et par få minutter.

Desuden ville omkostningerne være utroligt høje. Partikelacceleratorer er dyre at køre, selv for at producere en lille mængde antimaterie i deres kollisioner. I det bedste tilfælde ville det koste i størrelsesordenen 25 milliarder dollars at fremstille et gram positroner. Forskere ved CERN påpegede, at det ville tage 100 $ quadrillion og 100 milliarder år at køre deres accelerator for at producere et enkelt gram antimaterie.

I det mindste med i øjeblikket tilgængelig teknologi ser det tydeligt ud, at den regelmæssige fremstilling af antimateriale ikke er lovende, hvilket bringer rumskibe utilgængeligt i et stykke tid. NASA er imidlertid på udkig efter måder at fange naturligt oprettede antimaterie på, hvilket kan være en lovende måde at magt rumskibe, når de rejser gennem galaksen.

Hvor ville forskere kigge efter nok antimaterie til at gøre det? Det Van Allenstråling bælter - donutformede regioner af ladede partikler, der omgiver Jorden - indeholder betydelige mængder antipartikler. Disse er skabt som meget energi-ladede partikler fra solen interagerer med Jordens magnetfelt. Så det kan være muligt at fange dette antimateriale og bevare det i magnetiske felt "flasker", indtil et skib kan bruge det til fremdrift.

Med den nylige opdagelse af antimaterieoprettelse over stormskyer kunne det være muligt at fange nogle af disse partikler til vores brug. Men fordi reaktionerne forekommer i vores atmosfære, vil antimateriet uundgåeligt interagere med normalt stof og udslette, sandsynligvis før vi har en chance for at fange det.

Så selvom det stadig ville være temmelig dyrt, og teknikkerne til indfangning forbliver under undersøgelse, er det muligvis en dag at udvikle en teknologi, der kunne indsamle antimaterie fra rummet omkring os til en pris, der er mindre end kunstig skabelse på Jorden.

Efterhånden som teknologien skrider frem, og vi begynder at forstå bedre, hvordan antimaterie oprettes, kan forskere begynde at udvikle måder at fange de undvigende partikler, der naturligt oprettes. Så det er ikke umuligt, at vi en dag kunne have energikilder som dem, der er afbildet i science fiction.

-Redigeret og opdateret af Carolyn Collins Petersen