Kunne Matter-Antimatter Reactor Technology fungert?

Starship Enterprise, kjent for fans av "Star Trek" -serien, skal visstnok bruke en utrolig teknologi som heter warp drive, en sofistikert kraftkilde som har antimaterie i hjertet. Antimatter produserer visstnok all energien skipets mannskap trenger for å fordreie seg rundt galaksen og ha opplevelser. Et slikt kraftverk er naturlig nok arbeid med science fiction.

Imidlertid virker det så nyttig at folk ofte lurer på om et konsept som involverer antimateriell kan brukes til å drive mellomstasjonsk romfartøy. Det viser seg at vitenskapen er ganske god, men noen hindringer står definitivt i veien for å gjøre en slik drømskraftkilde til en brukbar virkelighet.

Kilden til foretakets kraft er en enkel reaksjon forutsagt av fysikk. Materie er "ting" av stjerner, planeter og oss. Den består av elektroner, protoner og nøytroner.

Antimaterie er det motsatte av materie, en slags "speil" -sak. Den er sammensatt av partikler som, hver for seg, er partikler av de forskjellige byggesteinene i

Naturen lager antipartikler, bare ikke i store mengder. Antipartikler skapes i naturlig forekommende prosesser så vel som gjennom eksperimentelle midler som i store partikkelakseleratorer i kollisjoner med høy energi. Nyere arbeid har funnet ut at antimaterie er skapt naturlig over stormskyer, det første middelet som det produseres naturlig på jorden og i atmosfæren.

Ellers krever det enorme mengder varme og energi for å lage antimaterie, som under supernovaer eller inne hovedsekvensstjerner, for eksempel solen. Vi er ikke i nærheten av å kunne etterligne de massive typene fusjonsplanter.

I teorien blir materien og dens antimateriellekvivalenter samlet og umiddelbart, som navnet antyder, utslettet hverandre og frigjort energi. Hvordan ville et slikt kraftverk være strukturert?

For det første må den bygges veldig nøye på grunn av de enorme mengdene energi som er involvert. Antimaterialet vil bli inneholdt atskilt fra normalstoffet ved hjelp av magnetiske felt, slik at ingen utilsiktede reaksjoner finner sted. Energien vil deretter bli utvunnet på omtrent samme måte som kjernefysiske reaktorer fanger opp den forbrukne varmen og lysenergien fra fisjonreaksjoner.

Materiale-antimaterreaktorer ville være størrelsesordener mer effektive til å produsere energi enn fusjon, den neste beste reaksjonsmekanismen. Imidlertid er det fremdeles ikke mulig å fange den frigjorte energien fra en sak-antimateriell hendelse. En betydelig mengde av resultatet blir ført bort av nøytrinoer, nesten masseløse partikler som samvirker slik svakt med saken som de er nesten umulige å fange opp, i det minste med tanke på utvinning energi.

Bekymringer for å fange energi er ikke så viktig som oppgaven med å få nok antimaterie til å gjøre jobben. For det første må vi ha nok antimaterie. Det er den største vanskeligheten: å skaffe en betydelig mengde antimaterie for å opprettholde en reaktor. Mens forskere har laget små mengder antimaterie, alt fra positroner, antiprotons, anti-hydrogen atomer, og til og med noen få anti-heliumatomer, har de ikke vært i betydelig nok mengder til kraft mye av hva som helst.

Hvis ingeniører skulle samle alt antimateriet som noensinne er blitt kunstig skapt, når det kombineres med normal materie vil det knapt være nok til å tenne en standard lyspære for mer enn noen få minutter.

Videre vil kostnadene være utrolig høye. Partikkelakseleratorer er kostbare å kjøre, selv for å produsere en liten mengde antimaterie i kollisjonene. I beste fall vil det koste i størrelsesorden 25 milliarder dollar å produsere ett gram positroner. Forskere ved CERN påpekte at det ville ta $ 4 000 000 og 100 milliarder år å kjøre gasspedalen for å produsere et eneste gram antimaterie.

Det er klart, i det minste med teknologien som for øyeblikket er tilgjengelig, ser den vanlige produksjonen av antimateria ikke lovende ut, noe som gjør rskipskip utenfor rekkevidde på en stund. Imidlertid leter NASA etter måter å fange naturlig opprettet antimaterie på, som kan være en lovende måte å makt romskip når de ferdes gjennom galaksen.

Hvor ville forskere se etter nok antimateriell til å gjøre susen? De Van Allenstråling belter - smultringformede regioner med ladede partikler som omgir jorden - inneholder betydelige mengder antipartikler. Disse er skapt som meget høye energiladede partikler fra solen samhandler med jordas magnetfelt. Så det kan være mulig å fange dette antimateriet og bevare det i magnetiske felt "flasker" til et skip kan bruke det til fremdrift.

Med den nylige oppdagelsen av antimateriellskaping over stormskyer, kan det være mulig å fange opp noen av disse partiklene til vår bruk. Fordi reaksjonene oppstår i atmosfæren vår, vil antimaterialet uunngåelig samvirke med normal materie og utslette, sannsynligvis før vi har en sjanse til å fange den.

Så selv om det fremdeles vil være ganske dyrt og teknikkene for fangst fortsatt studeres, kan det være mulig en dag å utvikle en teknologi som kan samle antimaterie fra rommet rundt oss til en pris mindre enn kunstig skapelse på Jord.

Når teknologien utvikler seg og vi begynner å forstå bedre hvordan antimaterie skapes, kan forskere begynne å utvikle måter å fange opp unnvikende partikler som er naturlig skapt. Så det er ikke umulig at vi en dag kan ha energikilder som de som er avbildet i science fiction.

-Redigert og oppdatert av Carolyn Collins Petersen