Zou Matter-Antimatter Reactor Technology kunnen werken?

Het sterrenschip Enterprise, bekend bij fans van de "Star Trek" -serie, wordt verondersteld een ongelooflijke technologie te gebruiken warp drive, een geavanceerde krachtbron met antimaterie als kern. Antimatter produceert vermoedelijk alle energie die de bemanning van het schip nodig heeft om zich een weg te banen door de melkweg en avonturen te beleven. Zo'n energiecentrale is natuurlijk de werk van sciencefiction.

Het lijkt echter zo nuttig dat mensen zich vaak afvragen of een concept met antimaterie kan worden gebruikt om interstellaire ruimtevaartuigen van stroom te voorzien. Het blijkt dat de wetenschap behoorlijk solide is, maar sommige hindernissen staan ​​absoluut in de weg om van zo'n droomkrachtbron een bruikbare realiteit te maken.

De kracht van de Enterprise is een simpele reactie die door de natuurkunde wordt voorspeld. Materie is het "spul" van sterren, planeten en ons. Het bestaat uit elektronen, protonen en neutronen.

Antimaterie is het tegenovergestelde van materie, een soort 'spiegel'-materie. Het is samengesteld uit deeltjes die individueel antideeltjes zijn van de verschillende bouwstenen van

De natuur creëert wel antideeltjes, alleen niet in grote hoeveelheden. Antideeltjes worden gemaakt in natuurlijk voorkomende processen en door experimentele middelen zoals in grote deeltjesversnellers bij botsingen met hoge energie. Uit recent werk is gebleken dat antimaterie van nature boven stormwolken ontstaat, het eerste middel waarmee het op natuurlijke wijze op aarde en in zijn atmosfeer wordt geproduceerd.

Anders kost het enorme hoeveelheden warmte en energie om antimaterie te creëren, zoals tijdens supernovae of binnen hoofdreekssterren, zoals de zon. We zijn nog lang niet in staat om die enorme soorten kernfusie-installaties te evenaren.

In theorie worden materie en zijn antimaterie-equivalent samengebracht en onmiddellijk, zoals de naam al doet vermoeden, elkaar vernietigd, waarbij energie vrijkomt. Hoe zou zo'n centrale worden opgebouwd?

Ten eerste zou het vanwege de enorme hoeveelheden energie zeer zorgvuldig moeten worden gebouwd. De antimaterie zou door magnetische velden gescheiden van de normale materie worden vastgehouden, zodat er geen onbedoelde reacties plaatsvinden. De energie zou dan op vrijwel dezelfde manier worden gewonnen als kernreactoren de verbruikte warmte en lichtenergie uit kernsplijtsreacties opvangen.

Materie-antimaterie-reactoren zouden ordes van grootte efficiënter zijn in het produceren van energie dan fusie, het op één na beste reactiemechanisme. Het is echter nog steeds niet mogelijk om de vrijgekomen energie van een materie-antimaterie-gebeurtenis volledig vast te leggen. Een aanzienlijk deel van de output wordt afgevoerd door neutrino's, bijna massaloze deeltjes die zo op elkaar inwerken zwak met materie die ze bijna niet kunnen worden vastgelegd, althans met het oog op extractie energie.

Zorgen over het vastleggen van energie zijn niet zo belangrijk als de taak om voldoende antimaterie te krijgen om het werk te doen. Ten eerste moeten we voldoende antimaterie hebben. Dat is de grootste moeilijkheid: het verkrijgen van een aanzienlijke hoeveelheid antimaterie om een ​​reactor in stand te houden. Terwijl wetenschappers kleine hoeveelheden antimaterie hebben gemaakt, variërend van positronen, antiprotons, anti-waterstof atomen, en zelfs een paar anti-heliumatomen, ze zijn niet in voldoende grote hoeveelheden aanwezig om een ​​groot deel van de energie aan te drijven iets.

Als ingenieurs al het antimaterie zouden verzamelen dat ooit kunstmatig is gemaakt, wanneer gecombineerd bij normale materie zou het nauwelijks genoeg zijn om een ​​standaard gloeilamp voor meer dan een paar aan te steken minuten.

Bovendien zouden de kosten ongelooflijk hoog zijn. Deeltjesversnellers zijn duur om te gebruiken, zelfs om een ​​kleine hoeveelheid antimaterie te produceren bij hun botsingen. In het beste geval zou het ongeveer 25 miljard dollar kosten om één gram positronen te produceren. Onderzoekers van CERN wijzen erop dat het $ 100 biljard en 100 miljard jaar zou kosten om hun gaspedaal te gebruiken om een ​​gram antimaterie te produceren.

Het is duidelijk, althans met de momenteel beschikbare technologie, dat de reguliere fabricage van antimaterie er niet veelbelovend uitziet, waardoor ruimteschepen een tijdje buiten bereik zijn. NASA is echter op zoek naar manieren om op natuurlijke wijze gecreëerde antimaterie vast te leggen, wat een veelbelovende manier zou kunnen zijn om ruimteschepen aan te drijven terwijl ze door de melkweg reizen.

Waar zouden wetenschappers zoeken naar voldoende antimaterie om het voor elkaar te krijgen? De Van Allenstraling banden - donutvormige gebieden van geladen deeltjes die de aarde omringen - bevatten aanzienlijke hoeveelheden antideeltjes. Deze worden gemaakt als zeer energetische geladen deeltjes van de zon in wisselwerking staan ​​met het magnetische veld van de aarde. Het is dus mogelijk om dit antimaterie vast te leggen en het in "flessen" met magnetisch veld te bewaren totdat een schip het kan gebruiken voor voortstuwing.

Met de recente ontdekking van antimateriecreatie boven onweerswolken, zou het ook mogelijk kunnen zijn om sommige van deze deeltjes vast te leggen voor ons gebruik. Omdat de reacties echter in onze atmosfeer plaatsvinden, zal de antimaterie onvermijdelijk een wisselwerking hebben met normale materie en vernietigen, waarschijnlijk voordat we de kans krijgen om deze vast te leggen.

Dus hoewel het nog steeds vrij duur zou zijn en de opnametechnieken nog steeds worden bestudeerd, is het misschien ooit mogelijk om een ​​technologie te ontwikkelen die antimaterie uit de ruimte om ons heen kan verzamelen tegen lagere kosten dan kunstmatige creatie Aarde.

Naarmate de technologie vordert en we beter beginnen te begrijpen hoe antimaterie wordt gecreëerd, kunnen wetenschappers beginnen met het ontwikkelen van manieren om de ongrijpbare deeltjes die van nature zijn gemaakt vast te leggen. Het is dus niet onmogelijk dat we ooit energiebronnen zouden kunnen hebben zoals die in sciencefiction worden afgebeeld.

-Bewerkt en bijgewerkt door Carolyn Collins Petersen