Tähelaev Enterprise, sarja "Star Trekk" fännidele tuttav, peaks kasutama uskumatut tehnoloogiat nimega lõime ajam, keerukas jõuallikas, mille keskmes on antimaterjal. Antimaterjal toodab väidetavalt kogu energiat, mida laeva meeskond vajab ümber galaktika väändumiseks ja seikluste leidmiseks. Loomulikult on selline elektrijaam ulmeteos.
Kuid see tundub nii kasulik, et inimesed mõtlevad sageli, kas tähtedevaheliste kosmoselaevade käitamiseks võiks kasutada antimaterjali hõlmavat mõistet. Selgub, et teadus on üsna mõistlik, kuid kindlasti takistavad mõned takistused sellise unistuste jõuallika muutmist kasutatavaks reaalsuseks.
Mis on antimaterjal?
Ettevõtte jõu allikas on füüsika ennustatud lihtne reaktsioon. Aine on tähtede, planeetide ja meie "värk". See koosneb elektronidest, prootonitest ja neutronitest.
Antimaterjal on mateeria vastand, omamoodi "peegel" mateeria. See koosneb osakestest, mis on eraldi osade erinevatest ehitusplokkidest oluline, näiteks positronid (elektronide antiosakesed) ja antiprotoonid (prootonite antiosakesed). Need antiosakesed on enamikul viisil identsed nende tavalise mateeria kolleegidega, välja arvatud see, et neil on vastupidine laeng. Kui neid saaks mingis kambris tavaliste aineosakestega kokku viia, oleks tulemuseks energia hiiglaslik eraldumine. See energia võiks teoreetiliselt toota tähelaeva.
Kuidas luuakse antimaterjal?
Loodus loob osakesi, mitte ainult suurtes kogustes. Osakesed tekivad nii looduslikult esinevates protsessides kui ka eksperimentaalsete vahendite abil, näiteks suurte osakeste kiirendite korral suure energiaga kokkupõrgete korral. Hiljutises töös leiti, et antimaterjal tekib looduslikult tormipilvede kohale, mis on esimene vahend, mille abil see looduslikult Maa peal ja atmosfääris tekib.
Vastasel juhul kulub antimaterjali tekitamiseks tohutul hulgal soojust ja energiat, näiteks ajal supernoovad või sees põhijärjestuse tähed, näiteks päike. Me ei suuda peaaegu kunagi neid massiivseid termotuumasünteesi taimi jäljendada.
Kuidas võiksid toimida antimaterjalide elektrijaamad
Teoreetiliselt on mateeria ja selle antimaterjalide ekvivalent kokku viidud ja nagu nimigi ütleb - hävitavad nad teineteist, vabastades energiat. Kuidas selline elektrijaam üles ehitataks?
Esiteks tuleks see tohutu energiakulu tõttu väga hoolikalt üles ehitada. Antimaterjal paikneks magnetväljade abil tavalisest ainest eraldi, nii et tahtmatuid reaktsioone ei toimuks. Seejärel ammutatakse energiat sarnaselt tuumareaktoritega lõhustumisreaktsioonide kulutatud soojuse ja valguse energiaga.
Mateeria-antimaterjalide reaktorid oleksid suurusjärku võrra energiatõhusamad kui termotuumasüntees, mis on järgmine parim reaktsioonimehhanism. Kuid ikkagi ei ole võimalik aine-antimaterjalist vabanenud energiat täielikult hõivata. Märkimisväärse osa väljundist kannavad neutriinod, peaaegu massimatud osakesed nõrgalt asjaga, mida on peaaegu võimatu tabada, vähemalt kaevandamise eesmärgil energia.
Probleemid antimaterjalide tehnoloogiaga
Mured energia hõivamise pärast pole nii olulised kui ülesanne saada tööks piisavalt antimaterjali. Esiteks peab meil olema piisavalt antimaterjali. See on suurim raskus: märkimisväärse koguse antimaterjali saamine reaktori ülalpidamiseks. Kuigi teadlased on loonud väikestes kogustes antimaterjali, alates posronitest, antiprotoonidest ja vesinikust aatomid ja isegi mõned heeliumivastased aatomid, pole neil olnud piisavalt suuri võimsusi ükskõik mida.
Kui insenerid peaksid kokku koguma kõik antimaterjalid, mis on kunagi kunstlikult loodud, siis nende ühendamisel normaalse olekuga ei piisaks tavalise lambipirni süütamisest enam kui mõne jaoks minutit.
Lisaks oleksid kulud uskumatult suured. Tahkete osakeste kiirendite käitamine on kulukas, isegi selleks, et tekitada kokkupõrketes väike kogus antimaterjali. Parimal juhul maksaks ühe grammi positronite tootmine umbes 25 miljardit dollarit. CERNi teadlased märgivad, et ühe grammi antimaterjali tootmiseks kulub kiirendi käitamiseks 100 kvadriljonit dollarit ja 100 miljardit aastat.
On selge, et vähemalt praegu olemasoleva tehnoloogiaga ei näe antimaterjali korrapärane tootmine paljutõotav, mis viib tähelaevad mõneks ajaks kättesaamatuks. NASA otsib aga võimalusi looduslikult loodud antimaterjali hõivamiseks, mis võiks olla paljulubav viis kosmoselaevade jõudmiseks galaktika kaudu liikudes.
Antimaterjali otsimine
Kust otsiksid teadlased trikkide tegemiseks piisavalt antimaterjali? Van Allenkiirgus vööd - Maad ümbritsevad laetud osakeste sõõrikujulised piirkonnad - sisaldavad märkimisväärses koguses antiosakesi. Need on loodud kui väga kõrge energiaga laetud osakesed, mis päikeselt toimivad, mõjutavad Maa magnetvälja. Nii et võib olla võimalik seda antimaterjali jäädvustada ja säilitada magnetvälja "pudelites", kuni laev saab seda tõukejõuks kasutada.
Hiljuti avastanud tormipilvede kohal antimaterjalide tekke võib olla võimalik osa neist osakestest ka meie jaoks kasutamiseks jäädvustada. Kuna reaktsioonid toimuvad meie atmosfääris, on antimaterjal paratamatult normaalse ainega vastastikmõjus ja hävib, tõenäoliselt enne kui meil on võimalus seda tabada.
Ehkki see oleks ikkagi üsna kallis ja püüdmisvõtted jäävad uurimise alla, võib see olla kunagi võimalik töötada välja tehnoloogia, mis suudaks koguda antimaterjali meie ümbritsevast ruumist odavamalt kui kunstlik loomine Maa.
Antimateriaalsete reaktorite tulevik
Kuna tehnoloogia areneb ja me hakkame paremini mõistma, kuidas antimaterjal luuakse, saavad teadlased hakata välja töötama viise looduslikult tekkivate tabamatute osakeste hõivamiseks. Nii et pole võimatu, et meil võiksid ühel päeval olla sellised energiaallikad, nagu need, mida on kujutatud ulmes.
-Muudetud ja ajakohastatud Carolyn Collins Petersen