Аннигиляционные двигатели
Скорость движения обычных ракет существенным образом зависит от скорости истечения рабочего тела. Ни химические, ни ядерные реакции, известные в настоящее время, не позволяют достичь скоростей истечения, достаточных для разгона космического судна до околосветовой скорости. В качестве одного из вариантов решения проблемы предлагается использование в качестве рабочего вещества ракеты элементарные частицы, движущиеся со световой или околосветовой скоростью. Таким образом антивещество способно высвободить примерно в миллиард раз больше энергии, чем обычное ракетное топливо.
Для получения таких частиц можно использовать аннигиляцию материи и антиматерии. Например, взаимодействие электронов и позитронов порождает гамма-излучение, которое используется для создания реактивной тяги в конструкциях так называемых фотонных ракет (см. Фотонный двигатель).
Естественное антивещество[править]
Андрей Сахаров, человек, разработавший в 1950-х гг. для Советского Союза водородную бомбу, рассуждал, что в начале Вселенной, во время Большого взрыва, возникла лёгкая асимметрия в количестве вещества и антивещества. Её причиной стало нарушение зарядовой и чётной симметрии(СР-симметрии). В конечном итоге, все атомы нашей сегодняшней Вселенной представляют собой останки титанического столкновения вещества и антивещества.
Эта теория допускает существование небольших количеств антивещества, возникшего естественным образом. Если нам удастся обнаружить его запасы, стоимость производства топлива для двигателей на антивеществе резко упадёт.
Искать места скопления естественного антивещества можно следующим методом. Когда электрон встречается с позитроном, оба аннигилируют, излучая при этом пару гамма-квантов с энергией около 0.511 МэВ или выше. В поисках гамма-лучей с такой энергией, можно отыскать следы присутствия естественного антивещества.
Для поисков антивещества естественного происхождения в 2006 г. На орбиту был выведен спутник PAMELA, разработанный совместными усилиями России, Италии, Германии и Швеции и предназначенный для поисков сохранившихся участков антивещества. Предыдущие попытки такого рода ограничивались использованием высотных аэростатов и шаттлов, то есть сбор данных продолжался не более недели. PAMELA же будет работать на орбите по крайней мере три года. Прибор разработан для регистрации космических лучей как от обычных источников, таких как сверхновые, так и от неожиданных и необычных, таких как звезды, состоящие целиком из антивещества. Говоря более конкретно, PAMELA будет искать след антигелия, который может возникать в недрах антизвёзд. Сегодня большинство физиков уверены, что в результате Большого взрыва вещество и антивещество во Вселенной аннигилировали почти полностью, но прибор PAMELA будет работать, исходя из другого предположения — что в этой аннигиляции не участвовали целые области Вселенной с преобладанием антивещества, где оно и сегодня существует в виде антизвёзд.
Получение антивещества[править]
Институт перспективных концепций NASA достаточно серьёзно воспринимает идею сбора антивещества в космосе, о чём свидетельствует грант на пилотный проект по изучению этой идеи.[1] Основой предполагаемого устройства для сбора антивещества служат три концентрические сферы, изготовленные из проволочной сетки. Внешняя сфера диаметром 16 км должна быть положительно заряжена; она будет отталкивать положительно заряженные протоны, но притягивать отрицательно заряженные антипротоны. Антипротоны, прошедшие через первую сферу, будут замедляться, проходя через вторую, и останавливаться на подходе к внутренней сфере диаметром 100 м. Там антипротоны будут захватываться магнитным полем и смешиваться с позитронами для получения антиводорода.
Хранение антивещества[править]
Помимо того, что возникают трудности в получении античастиц, серьезной проблемой представляется их хранение, а именно неизбежная аннигиляция при контакте с веществом. К примеру, учёные Европейского центра ядерных исследований(CERN) пытались получить античастицы в ускорителях и удержать их в гелиевых пузырьках.
Проблемой хранения активно занимается и NASA. Так, Д. Джексон и С. Хоув предложили метод хранения антиводорода в форме твердых шариков (d = 150 мкм). Эти шарики могут быть наэлектризованы и подвешены в системе специальных ловушек, действующих по электростатическому принципу. Правда, перспективы реализации этой идеи видятся довольно туманными.
Эта проблема была частично решена учеными CERN. Они создали глубокий вакуум, чтобы избежать столкновения случайных атомов воздуха с антивеществом. Чтобы удержать античастицы, была создана «магнитная бутылка»,[2] состоящая из комбинации магнитных и электрических полей. Однако в ловушке можно удержать лишь ничтожное количество антипротонов и позитронов, иначе она будет разрушена зарядом.
Создание анти-вещества на Земле[править]
В 1995 г. CERN произвёл настоящую сенсацию — объявил о создании девяти атомов антиводорода. Самой большой преградой к созданию атомов более тяжелых антиэлементов является только цена. Любое государство обанкротилось бы, произведя несколько десятков граммов антиатомов. В настоящее время уровень производства антивещества в мире составляет от одной миллиардной до одной десятимиллиардной доли грамма в год. В 2004 г. несколько триллионных грамма антивещества обошлось CERN в 20 млн долларов. При таких темпах производство 1 грамм антивещества стоил бы 100 квадриллионов долларов и заняло бы 100 млдр. лет непрерывной работы фабрики. Это делает антивещество самым дорогим продуктом на свете.
Технические возможности[править]
Эффективность атомной бомбы, несмотря на всю её жуткую мощь, составляет всего около 1 %. В Энергию переходит лишь крохотная часть массы урана. А вот бомба из антиматерии превратит в энергию 100 % своей массы.(Точнее, в полезную взрывную энергию в такой бомбе превратилось бы около 50 % вещества. Оставшаяся часть массы была бы унесена в пространство почти необнаружимыми частицами — нейтрино)
Согласно оценке Джеральда Джексона из компании Hbar Technologies, управляемая аннигиляция вещества и антивещества внутри космического корабля могла бы довести его под солнечным парусом до Плутона при расходе всего лишь в 30 мг антивещества. Чтобы долететь до Альфы Центавра, (ближайшей к нам солнечной системе, на расстоянии около 4 световых лет), звездолёту потребуется 17 г антивещества. Теоретические расчёты американских физиков Ронана Кина и Вей-мин Чжана показывают, что на основе современных технологий возможно создание аннигиляционного двигателя, способного разогнать космический корабль до 70 % от скорости света.
Проблемы[править]
- Проблема получения большого количества антивещества
- Проблема его хранения
- Проблема полного использования при «сжигании» — чтобы аннигиляция происходила полностью, ив основном с выделением именно фотонов
См. также[править]
Источники[править]
- ↑ В NASA намерены использовать в двигателях космических кораблей антиматерию, Зеркало недели | Дзеркало тижня | Mirror Weekly. Проверено 6 марта 2017.
- ↑ http://nts.sci-lib.com/article0002555.html
Литература[править]
- Митио Каку — Физика Невозможного