Zvaigžņu kuģis Enterprise, ir pazīstams sērijas "Star Trek" faniem, domājams, ka viņš izmantos neticamu tehnoloģiju ar nosaukumu velku piedziņa, sarežģīts enerģijas avots, kura centrā ir antimateriāls. Domājams, ka antimatērija ražo visu enerģiju, kas nepieciešama kuģa apkalpei, lai aplauztu ceļu pa galaktiku un piedzīvojumiem. Protams, šāda elektrostacija ir zinātniskās fantastikas darbs.
Tomēr tas šķiet tik noderīgi, ka cilvēki bieži domā, vai starpzvaigžņu kosmosa kuģu darbināšanai varētu izmantot jēdzienu, kas ietver antimateriālu. Izrādās, ka zinātne ir diezgan pamatota, taču daži šķēršļi noteikti traucē padarīt šādu sapņu enerģijas avotu par izmantojamu realitāti.
Kas ir antimatērija?
Uzņēmuma spēka avots ir vienkārša fizikas prognozēta reakcija. Jautājums ir zvaigzne, planēta un mēs. Tas sastāv no elektroniem, protoniem un neitroniem.
Antimatērija ir matērijas pretstats, sava veida "spoguļa" matērija. Tas sastāv no daļiņām, kas atsevišķi ir dažādu sastāvdaļu antidaļiņas matērija, piemēram, pozitronus (elektronu daļiņas) un antiprotonus (protonu antidaļiņas). Šīs antidaļiņas vairumā gadījumu ir identiskas parastajām matēriju sastāvdaļām, izņemot to, ka tām ir pretēja maksa. Ja tos varētu apvienot ar regulārām matērijas daļiņām kaut kādā kamerā, rezultāts būtu milzu enerģijas izdalīšanās. Šī enerģija teorētiski varētu dot zvaigznes kuģi.
Kā tiek izveidots antimatērijs?
Daba rada antidaļiņas, tikai ne lielos daudzumos. Pretdaļiņas tiek veidotas dabā notiekošos procesos, kā arī eksperimentālos veidos, piemēram, lielos daļiņu paātrinātājos augstas enerģijas sadursmēs. Nesen veiktais darbs ir atklājis, ka antimatērija tiek veidota dabiski virs negaisa mākoņiem - pirmajiem līdzekļiem, ar kuru palīdzību tā dabiski rodas uz Zemes un tās atmosfērā.
Pretējā gadījumā, lai izveidotu antimateriālu, piemēram, laikā, tas prasa milzīgu siltuma un enerģijas daudzumu supernovas vai iekšpusē galvenās secības zvaigznes, piemēram, saule. Mēs gandrīz ne tuvu nespējam līdzināties šiem masīvajiem kodolsintēzes iekārtu veidiem.
Kā varētu darboties antimatērijas elektrostacijas
Teorētiski matērija un tās antimērijas ekvivalents tiek apvienoti un nekavējoties, kā norāda nosaukums, iznīcina viens otru, atbrīvojot enerģiju. Kā šāda spēkstacija būtu strukturēta?
Pirmkārt, tas būs ļoti rūpīgi jābūvē, ņemot vērā milzīgo enerģijas daudzumu. Antimatēriju magnētiskie lauki atradīs atsevišķi no parastās vielas tā, lai nenotiktu neparedzētas reakcijas. Pēc tam enerģija tiks iegūta tādā pašā veidā, kā kodolreaktori uztver enerģijas un enerģijas daudzumu, kas rodas no skaldīšanas reakcijām.
Materiālu un antimateriālu reaktori būtu lieluma pakāpes, kas efektīvāk ražo enerģiju nekā saplūšana, nākamais labākais reakcijas mehānisms. Tomēr joprojām nav iespējams pilnībā uztvert atbrīvoto enerģiju no notikumiem, kas saistīti ar matēriju. Ievērojamu daudzumu izvada neitrīni, gandrīz bezsvara daļiņas, kas savstarpēji mijiedarbojas vāji ar lietu, kuru gandrīz neiespējami uztvert, vismaz ieguves nolūkā enerģija.
Antimēru tehnoloģijas problēmas
Bažas par enerģijas uztveršanu nav tik svarīgas kā uzdevums iegūt pietiekami daudz antimateriāla, lai veiktu šo darbu. Pirmkārt, mums ir jābūt pietiekami daudz antimatērijas. Tā ir galvenā problēma: ievērojama daudzuma antimateriāla iegūšana, lai uzturētu reaktoru. Kamēr zinātnieki ir izveidojuši nelielu daudzumu antimateriāla, sākot no pozitroniem, antiprotoniem un pretūdeņradi atomi un pat daži anti-hēlija atomi, tie nav bijuši pietiekami nozīmīgi, lai iegūtu lielu daļu enerģijas jebkas.
Ja inženieri apvienotu visu antimēriju, kas jebkad ir mākslīgi radīts ar normālu vielu gandrīz nebūtu pietiekami, ja iededzinātu parasto spuldzi vairāk nekā dažas minūtes.
Turklāt izmaksas būtu neticami augstas. Daļiņu paātrinātāji ir dārgi darbināmi, pat sadursmēs radot nelielu daudzumu antimateriāla. Labākajā gadījumā viena grama pozitronu izgatavošana izmaksātu apmēram USD 25 miljardus. CERN pētnieki norāda, ka viena grama antimatērijas iegūšanai būtu nepieciešami 100 kvadriljoni dolāru un 100 miljardi gadu, lai darbinātu savu akseleratoru.
Skaidrs, ka vismaz ar šobrīd pieejamo tehnoloģiju regulārā antimateriāla izgatavošana neizskatās daudzsološi, kas uz laiku uz kuģa padara zvaigznītes nepieejamas. Tomēr NASA meklē veidus, kā notvert dabiski radītu antimateriālu, kas varētu būt daudzsološs veids, kā dot spēku kosmosa kuģiem, pārvietojoties pa galaktiku.
Antimērijas meklēšana
Kur zinātnieki meklētu pietiekami daudz antimateriāla, lai izdarītu triku? Van Allensstarojums jostas - virtenes formas lādētu daļiņu reģioni, kas ieskauj Zemi - satur ievērojamu daudzumu antidaļiņu. Tās tiek veidotas kā ļoti augstas enerģijas lādētas saules daļiņas, kas mijiedarbojas ar Zemes magnētisko lauku. Tāpēc šo antimateriālu varētu būt iespējams notvert un saglabāt magnētiskā lauka "pudelēs", līdz kuģis to var izmantot vilces nodrošināšanai.
Arī nesen atklājot antimateriāla veidošanos virs negaisa mākoņiem, varētu būt iespējams uztvert dažas no šīm daļiņām mūsu vajadzībām. Tā kā reakcijas notiek mūsu atmosfērā, antimateriāls neizbēgami mijiedarbosies ar parasto vielu un iznīcināsies, iespējams, pirms mums būs iespēja to notvert.
Tātad, kaut arī tas joprojām būtu diezgan dārgi un sagūstīšanas paņēmieni joprojām tiek pētīti, kādu dienu tas varētu būt iespējams attīstīt tehnoloģiju, kas savāktu antimatēriju no kosmosa mums apkārt, par zemākām izmaksām nekā mākslīgā radīšana Zeme.
Antimatērijas reaktoru nākotne
Tā kā tehnoloģija attīstās un mēs sākam labāk saprast, kā tiek veidota antimateriāla, zinātnieki var sākt attīstīt veidus, kā notvert dabiski radītās nenotveramās daļiņas. Tātad, tas nav neiespējami, ka mums kādu dienu varētu būt tādi enerģijas avoti kā tie, kas attēloti zinātniskajā fantastikā.
-Rediģēja un atjaunināja Karolīna Kolinsa Petersena