Zaujímavý

Mohli by fungovať reaktory s látkou antihmoty?

Mohli by fungovať reaktory s látkou antihmoty?

Hviezdna loď Enterprise, Známy pre fanúšikov série "Star Trek", má používať neuveriteľnú technológiu nazývanú osnovný pohon, sofistikovaný zdroj energie, ktorý má vo svojom srdci antihmotu. Antihmota údajne produkuje všetku energiu, ktorú posádka lode potrebuje, aby sa prekrútila okolo galaxie a mala dobrodružstvá. Takáto elektráreň je, samozrejme, dielom sci-fi.

Zdá sa však také užitočné, že sa ľudia často pýtajú, či by sa na pohon medzihviezdnej kozmickej lode mohol použiť koncept zahŕňajúci antihmotu. Ukazuje sa, že veda je celkom solídna, ale niektoré prekážky určite bránia tomu, aby sa takýto zdroj energie snov stal použiteľnou realitou.

Čo je antihmota?

Zdroj energie Enterprise je jednoduchá reakcia predpovedaná fyzikou. Hmota je „hmota“ hviezd, planét a nás. Pozostáva z elektrónov, protónov a neutrónov.

Antihmota je opakom hmoty, akýsi „zrkadlový“ materiál. Skladá sa z častíc, ktoré sú jednotlivo antičasticami rôznych stavebných blokov hmoty, ako sú pozitróny (antičastice elektrónov) a antiprotóny (antičastice protónov). Tieto antičastice sú vo väčšine prípadov identické s ich bežnými náprotivkami s výnimkou, že majú opačný náboj. Keby sa mohli spojiť s pravidelnými časticami hmoty v nejakej komore, výsledkom by bolo obrovské uvoľnenie energie. Táto energia by teoreticky mohla poháňať hviezdnu loď.

Ako sa vytvára antihmota?

Príroda vytvára antičastice, len nie vo veľkých množstvách. Antičastice sa tvoria v prirodzene sa vyskytujúcich procesoch, ako aj experimentálnymi prostriedkami, napríklad vo veľkých urýchľovačoch častíc pri zrážkach s vysokou energiou. Nedávna práca ukázala, že antihmota sa vytvára prirodzene nad búrkovými mrakmi, čo je prvý prostriedok, ktorým sa prirodzene vytvára na Zemi av jej atmosfére.

V opačnom prípade to vyžaduje obrovské množstvo tepla a energie, aby sa vytvoril antihmota, napríklad počas supernovy alebo vnútri hviezd hlavnej sekvencie, ako je napríklad slnko. Nie sme zďaleka schopní napodobniť tieto masívne typy fúznych rastlín.

Ako by mohli fungovať elektrárne antihmoty

Teória a jej antihmotový ekvivalent sa teoreticky spájajú a okamžite, ako už názov napovedá, vzájomne sa ničia a uvoľňujú energiu. Ako by bola takáto elektráreň štruktúrovaná?

Po prvé, kvôli obrovskému množstvu energie by muselo byť vybudované veľmi starostlivo. Antihmota by bola izolovaná od normálnej hmoty magnetickými poľami, aby nedošlo k nechceným reakciám. Energia by sa potom extrahovala takmer rovnakým spôsobom, ako jadrové reaktory zachytávajú spotrebovanú energiu tepla a svetla zo štiepnych reakcií.

Reaktory typu anti-antihmota by boli rádovo účinnejšie pri výrobe energie ako fúzia, čo je ďalší najlepší reakčný mechanizmus. Stále však nie je možné úplne zachytiť uvoľnenú energiu z udalosti antihmoty. Značnú časť produkcie odvádzajú neutrína, takmer bezhmotné častice, ktoré interagujú tak slabo s látkou, ktorú je takmer nemožné zachytiť, aspoň na účely získavania energie.

Problémy s technológiou antihmoty

Obavy z zachytávania energie nie sú také dôležité ako úloha získať dostatok antihmoty na to, aby túto prácu vykonali. Najprv musíme mať dostatok antihmoty. To je hlavný problém: získanie významného množstva antihmoty na udržanie reaktora. Zatiaľ čo vedci vytvorili malé množstvo antihmoty, od pozitrónov, antiprotónov, atómov vodíka a dokonca aj niekoľko atómov anti-hélia, neboli v dostatočnom množstve na to, aby napájali väčšinu všetkého.

Keby inžinieri zhromažďovali všetok antihmota, ktorá bola kedy umelo vytvorená, sotva by stačilo v kombinácii s normálnou hmotou zapáliť štandardnú žiarovku na viac ako niekoľko minút.

Okrem toho by náklady boli neuveriteľne vysoké. Urýchľovače častíc sú drahé na to, aby bežali, dokonca aby pri svojich zrážkach produkovali malé množstvo antihmoty. V najlepšom prípade by výroba jedného gramu pozitrónov stála rádovo 25 miliárd dolárov. Vedci v spoločnosti CERN poukazujú na to, že výroba akcelerátora na výrobu jedného gramu antihmoty by trvala 100 kvadriliónov dolárov a 100 miliárd rokov.

Pravidelná výroba antihmoty zjavne nevyzerá sľubne, aspoň s použitím technológie, ktorá je v súčasnosti k dispozícii, čo lode na chvíľu zastavuje. NASA však hľadá spôsoby, ako zachytiť prirodzene vytvorený antihmota, čo by mohol byť sľubný spôsob, ako poháňať kozmické lode, keď cestujú galaxiou.

Vyhľadávam antihmotu

Kde by vedci hľadali dostatok antihmoty na vykonanie tohto triku? Van Allenove žiariace pásy - šišky v tvare oblastí nabitých častíc, ktoré obklopujú Zem - obsahujú významné množstvo antičastíc. Vznikajú ako vysokoenergetické nabité častice zo Slnka, ktoré interagujú s magnetickým poľom Zeme. Takže by bolo možné zachytiť tento antihmotu a uchovať ho v „fľašiach“ s magnetickým poľom, kým ho loď nemôže použiť na pohon.

S nedávnym objavom tvorby antihmoty nad búrkovými mrakmi bolo tiež možné zachytiť niektoré z týchto častíc pre naše použitie. Pretože sa však reakcie vyskytujú v našej atmosfére, antihmota bude nevyhnutne interagovať s normálnou hmotou a zničiť, pravdepodobne skôr, ako ju budeme mať možnosť zachytiť.

Takže, aj keď by to bolo stále dosť drahé a techniky zachytávania zostávajú študované, jedného dňa by bolo možné vyvinúť technológiu, ktorá by mohla zbierať antihmotu z vesmíru okolo nás za cenu menšiu ako umelé stvorenie na Zemi.

Budúcnosť antihmotových reaktorov

S postupujúcou technológiou a my začneme lepšie porozumieť tomu, ako sa vytvára antihmota, vedci môžu začať vyvíjať spôsoby, ako zachytiť nepolapiteľné častice, ktoré sú prirodzene vytvorené. Nie je preto nemožné, aby sme jedného dňa mohli mať zdroje energie, aké sú zobrazené v sci-fi.

- Upravené a aktualizované Carolyn Collins Petersen