Bi lahko reaktorji snov-antimaterija delovali?

Ustvarjanje vira energije 'Star Trek' je še daleč

coffeekai / Getty Images

Zvezdna ladja Enterprise , pozna oboževalci serije 'Star Trek', naj bi uporabljal neverjetno tehnologijo, imenovano warp pogon , sofisticiran vir energije, ki ima v središču antimaterijo. Antimaterija naj bi proizvedla vso energijo, ki jo ladijska posadka potrebuje, da se ukrivi po galaksiji in ima pustolovščine. Seveda je takšna elektrarna delo znanstvene fantastike .

Vendar se zdi tako uporaben, da se ljudje pogosto sprašujejo, ali bi koncept, ki vključuje antimaterijo, lahko uporabili za pogon medzvezdnih vesoljskih plovil. Izkazalo se je, da je znanost precej zanesljiva, vendar nekatere ovire zagotovo stojijo na poti, da bi tako sanjski vir energije postal uporabna resničnost.

Kaj je antimaterija?

Vir moči Enterprisea je preprosta reakcija, ki jo je predvidela fizika. Snov je 'stvar' zvezd, planetov in nas. Sestavljen je iz elektronov, protonov in nevtronov.

Antimaterija je nasprotje materije, nekakšna 'zrcalna' materija. Sestavljen je iz delcev, ki so posamezno antidelci različnih gradnikov zadeva , kot so pozitroni (antidelci elektronov) in antiprotoni (antidelci protonov). Ti antidelci so v večini načinov enaki svojim primerkom iz običajne snovi, le da imajo nasprotni naboj. Če bi jih lahko združili z običajnimi delci snovi v nekakšni komori, bi bil rezultat velikanska sprostitev energije. Ta energija bi teoretično lahko poganjala zvezdno ladjo.

Kako nastane antimaterija?

Narava sicer ustvarja antidelce, le ne v velikih količinah. Antidelci nastajajo v naravnih procesih, pa tudi z eksperimentalnimi sredstvi, na primer v velikih pospeševalnikih delcev pri visokoenergijskih trkih. Nedavna dela so pokazala, da antimaterija nastaja naravno nad nevihtnimi oblaki, kar je prvi način, s katerim se naravno proizvaja na Zemlji in v njeni atmosferi.

V nasprotnem primeru so za ustvarjanje antimaterije potrebne ogromne količine toplote in energije, na primer med supernove ali znotraj zvezde glavnega zaporedja , kot je sonce. Še zdaleč nismo sposobni posnemati teh ogromnih vrst fuzijskih obratov.

Kako bi lahko delovale elektrarne na antimaterijo

V teoriji se materija in njen ekvivalent antimaterije združita in takoj, kot pove ime, drug drugega izničita, pri čemer se sprosti energija. Kako bi bila takšna elektrarna strukturirana?

Prvič, zgraditi bi ga bilo treba zelo previdno zaradi ogromnih količin vključene energije. Antimaterija bi bila ločena od običajne snovi z magnetnimi polji, tako da ne bi prišlo do nenamernih reakcij. Energija bi bila nato pridobljena na skoraj enak način, kot jedrski reaktorji zajemajo porabljeno toploto in svetlobno energijo iz fisijskih reakcij.

Reaktorji snov-antimaterija bi bili za velikostne stopnje bolj učinkoviti pri proizvajanju energije kot fuzija, naslednji najboljši reakcijski mehanizem. Vendar pa še vedno ni mogoče v celoti zajeti sproščene energije iz dogodka snov-antimaterija. Znatno količino proizvodnje odnesejo nevtrini, skoraj brezmasni delci, ki tako šibko vplivajo na snov, da jih je skoraj nemogoče ujeti, vsaj za namene pridobivanja energije.

Težave s tehnologijo antimaterije

Zaskrbljenost glede zajemanja energije ni tako pomembna kot naloga pridobivanja dovolj antimaterije za opravljanje dela. Najprej moramo imeti dovolj antimaterije. To je glavna težava: pridobiti znatno količino antimaterije za vzdrževanje reaktorja. Medtem ko so znanstveniki ustvarili majhne količine antimaterije, od pozitronov, antiprotonov, anti-vodikovih atomov in celo nekaj anti-helijevih atomov, niso bile v dovolj pomembnih količinah, da bi poganjale kar koli.

Če bi inženirji zbrali vso antimaterijo, ki je bila kadarkoli umetno ustvarjena, bi v kombinaciji z običajno snovjo komaj zadostovalo, da bi standardna žarnica svetila več kot nekaj minut.

Poleg tega bi bili stroški neverjetno visoki. Pospeševalniki delcev so dragi za delovanje, tudi če proizvedejo majhno količino antimaterije pri svojih trkih. V najboljšem primeru bi proizvodnja enega grama pozitronov stala približno 25 milijard dolarjev. Raziskovalci iz CERN-a poudarjajo, da bi za proizvodnjo enega samega grama antimaterije potrebovali 100 kvadrilijonov dolarjev in 100 milijard let delovanja njihovega pospeševalnika.

Jasno je, da vsaj s trenutno razpoložljivo tehnologijo redna proizvodnja antimaterije ne izgleda obetavno, zaradi česar so zvezdne ladje za nekaj časa nedosegljive. Vendar NASA išče načine za zajemanje naravno ustvarjene antimaterije, kar bi lahko bil obetaven način za napajanje vesoljskih ladij med potovanjem skozi galaksijo.

Iskanje antimaterije

Kje bi znanstveniki iskali dovolj antimaterije za izvedbo trika? Theod Allen sevanje pasovi – krofasta področja nabitih delcev, ki obdajajo Zemljo – vsebujejo znatne količine antidelcev. Ti nastanejo, ko zelo visokoenergetsko nabiti delci iz sonca medsebojno delujejo z Zemljinim magnetnim poljem. Tako bi bilo morda mogoče ujeti to antimaterijo in jo shraniti v 'steklenice' magnetnega polja, dokler je ladja ne bi uporabila za pogon.

Tudi z nedavnim odkritjem ustvarjanja antimaterije nad nevihtnimi oblaki bi bilo mogoče nekatere od teh delcev zajeti za naše namene. Ker pa se reakcije odvijajo v naši atmosferi, bo antimaterija neizogibno vplivala na normalno snov in se uničila, verjetno preden jo bomo imeli priložnost ujeti.

Torej, čeprav bi bilo še vedno precej drago in tehnike za zajemanje še vedno preučujejo, bi bilo mogoče nekega dne razviti tehnologijo, ki bi lahko zbirala antimaterijo iz vesolja okoli nas po nižji ceni kot umetno ustvarjanje na Zemlji.

Prihodnost reaktorjev za antimaterijo

Ko tehnologija napreduje in začnemo bolje razumeti, kako nastane antimaterija, lahko znanstveniki začnejo razvijati načine za zajemanje izmuzljivih delcev, ki so naravno ustvarjeni. Torej ni nemogoče, da bi nekega dne lahko imeli vire energije, kot so tisti, prikazani v znanstveni fantastiki.

- Uredil in posodobilCarolyn Collins Petersen