Könnte die Materie-Antimaterie-Reaktortechnologie funktionieren?

Das Raumschiff Enterprise, Fans der "Star Trek" -Serie bekannt, soll eine unglaubliche Technologie namens verwenden Warpantrieb, eine hoch entwickelte Energiequelle, deren Herz Antimaterie ist. Antimaterie produziert angeblich die gesamte Energie, die die Schiffsbesatzung benötigt, um sich durch die Galaxie zu bewegen und Abenteuer zu erleben. Ein solches Kraftwerk ist natürlich das Werk der Science-Fiction.

Es scheint jedoch so nützlich zu sein, dass sich die Leute oft fragen, ob ein Konzept mit Antimaterie verwendet werden könnte, um interstellare Raumschiffe anzutreiben. Es stellt sich heraus, dass die Wissenschaft ziemlich solide ist, aber einige Hürden stehen definitiv im Weg, eine solche Traumkraftquelle in eine nutzbare Realität zu verwandeln.

Die Quelle der Macht des Unternehmens ist eine einfache Reaktion, die von der Physik vorhergesagt wird. Materie ist das "Zeug" von Sternen, Planeten und uns. Es besteht aus Elektronen, Protonen und Neutronen.

Antimaterie ist das Gegenteil von Materie, eine Art "Spiegel" -Materie. Es besteht aus Partikeln, die einzeln Antiteilchen der verschiedenen Bausteine ​​von sind

Die Natur erzeugt Antiteilchen, nur nicht in großen Mengen. Antiteilchen werden in natürlich vorkommenden Prozessen sowie durch experimentelle Mittel wie in Beschleunigern großer Teilchen bei Kollisionen mit hoher Energie erzeugt. Jüngste Arbeiten haben herausgefunden, dass Antimaterie auf natürliche Weise über Gewitterwolken erzeugt wird. Dies ist das erste Mittel, mit dem sie auf natürliche Weise auf der Erde und in ihrer Atmosphäre erzeugt wird.

Andernfalls werden enorme Mengen an Wärme und Energie benötigt, um Antimaterie zu erzeugen, beispielsweise während Supernovae oder drinnen Hauptreihensternewie die Sonne. Wir sind bei weitem nicht in der Lage, diese massiven Arten von Fusionsanlagen zu emulieren.

Theoretisch werden Materie und ihr Antimaterie-Äquivalent zusammengebracht und vernichten sich sofort, wie der Name schon sagt, und setzen Energie frei. Wie wäre ein solches Kraftwerk aufgebaut?

Erstens müsste es aufgrund der enormen Energiemengen sehr sorgfältig gebaut werden. Die Antimaterie würde durch Magnetfelder getrennt von der normalen Materie enthalten sein, so dass keine unbeabsichtigten Reaktionen stattfinden. Die Energie würde dann auf die gleiche Weise extrahiert, wie Kernreaktoren die verbrauchte Wärme und Lichtenergie aus Spaltreaktionen erfassen.

Materie-Antimaterie-Reaktoren wären um Größenordnungen effizienter bei der Energieerzeugung als die Fusion, der nächstbeste Reaktionsmechanismus. Es ist jedoch immer noch nicht möglich, die freigesetzte Energie eines Materie-Antimaterie-Ereignisses vollständig zu erfassen. Ein erheblicher Teil des Outputs wird von Neutrinos weggetragen, nahezu masselosen Partikeln, die auf diese Weise interagieren schwach mit Materie, die sie fast unmöglich zu erfassen sind, zumindest zum Zwecke der Extraktion Energie.

Bedenken hinsichtlich der Energiegewinnung sind nicht so wichtig wie die Aufgabe, genügend Antimaterie für die Arbeit zu beschaffen. Erstens müssen wir genug Antimaterie haben. Das ist die Hauptschwierigkeit: eine signifikante Menge Antimaterie zu erhalten, um einen Reaktor zu erhalten. Während Wissenschaftler kleine Mengen Antimaterie erzeugt haben, die von Positronen, Antiprotonen bis hin zu Anti-Wasserstoff reichen Atome und sogar einige Anti-Helium-Atome waren nicht signifikant genug, um einen Großteil davon zu versorgen etwas.

Wenn Ingenieure alle Antimaterie sammeln würden, die jemals künstlich hergestellt wurde, wenn sie kombiniert werden Mit normaler Materie würde es kaum ausreichen, eine Standard-Glühbirne für mehr als ein paar zu zünden Protokoll.

Darüber hinaus wären die Kosten unglaublich hoch. Der Betrieb von Teilchenbeschleunigern ist teuer, selbst wenn bei ihren Kollisionen eine geringe Menge Antimaterie erzeugt wird. Im besten Fall würde die Herstellung von einem Gramm Positronen in der Größenordnung von 25 Milliarden US-Dollar kosten. Forscher am CERN weisen darauf hin, dass es 100 Billiarden US-Dollar und 100 Milliarden Jahre dauern würde, bis ihr Beschleuniger ein einziges Gramm Antimaterie produziert.

Zumindest mit der derzeit verfügbaren Technologie sieht die regelmäßige Herstellung von Antimaterie eindeutig nicht vielversprechend aus, wodurch Raumschiffe für eine Weile außer Reichweite geraten. Die NASA sucht jedoch nach Wegen, um natürlich erzeugte Antimaterie einzufangen. Dies könnte ein vielversprechender Weg sein, um Raumschiffe auf ihrem Weg durch die Galaxie mit Strom zu versorgen.

Wo würden Wissenschaftler nach genügend Antimaterie suchen, um den Trick auszuführen? Das Van AllenStrahlung Gürtel - Donut-förmige Regionen geladener Teilchen, die die Erde umgeben - enthalten erhebliche Mengen an Antiteilchen. Diese entstehen, wenn sehr energiereiche geladene Teilchen der Sonne mit dem Erdmagnetfeld interagieren. So könnte es möglich sein, diese Antimaterie einzufangen und in Magnetfeldflaschen aufzubewahren, bis ein Schiff sie zum Antrieb verwenden könnte.

Mit der jüngsten Entdeckung der Antimaterieerzeugung über Gewitterwolken könnte es auch möglich sein, einige dieser Partikel für unsere Zwecke einzufangen. Da die Reaktionen jedoch in unserer Atmosphäre stattfinden, wird die Antimaterie unweigerlich mit normaler Materie interagieren und vernichten, wahrscheinlich bevor wir die Chance haben, sie einzufangen.

Es wäre zwar immer noch recht teuer und die Techniken zur Erfassung werden noch untersucht, aber es könnte eines Tages möglich sein eine Technologie zu entwickeln, die Antimaterie aus dem Raum um uns herum zu einem Preis sammeln kann, der geringer ist als die künstliche Schöpfung Erde.

Mit fortschreitender Technologie und zunehmendem Verständnis der Entstehung von Antimaterie können Wissenschaftler beginnen, Methoden zur Erfassung der schwer fassbaren Partikel zu entwickeln, die auf natürliche Weise entstehen. Es ist also nicht unmöglich, dass wir eines Tages Energiequellen haben könnten, wie sie in Science Fiction dargestellt sind.

-Bearbeitet und aktualisiert von Carolyn Collins Petersen