Potrebbe funzionare la tecnologia del reattore materia-antimateria?

L'astronave Enterprise, familiare ai fan della serie "Star Trek", dovrebbe usare un'incredibile tecnologia chiamata curvatura dell'unità, una sofisticata fonte di energia che ha al cuore l'antimateria. L'antimateria produce presumibilmente tutta l'energia di cui l'equipaggio della nave ha bisogno per aggirarsi nella galassia e fare avventure. Naturalmente, una tale centrale elettrica è la opera di fantascienza.

Tuttavia, sembra così utile che le persone spesso si chiedono se un concetto che coinvolge l'antimateria possa essere usato per alimentare l'astronave interstellare. Si scopre che la scienza è abbastanza solida, ma alcuni ostacoli ostacolano sicuramente la trasformazione di una tale fonte di energia da sogno in una realtà utilizzabile.

La fonte del potere dell'Enterprise è una semplice reazione prevista dalla fisica. La materia è la "roba" di stelle, pianeti e noi. È composto da elettroni, protoni e neutroni.

L'antimateria è l'opposto della materia, una sorta di materia "speculare". È composto da particelle che sono, individualmente, antiparticelle dei vari elementi costitutivi di

La natura crea antiparticelle, ma non in grandi quantità. Le antiparticelle vengono create in processi naturali e attraverso mezzi sperimentali come negli acceleratori di particelle di grandi dimensioni nelle collisioni ad alta energia. Recenti lavori hanno scoperto che l'antimateria viene creata naturalmente sopra le nuvole di tempesta, il primo mezzo con cui viene prodotta naturalmente sulla Terra e nella sua atmosfera.

Altrimenti, ci vogliono enormi quantità di calore ed energia per creare antimateria, come durante supernovae o dentro stelle della sequenza principale, come il sole. Non siamo in grado di emulare quei massicci tipi di piante da fusione.

In teoria, la materia e il suo equivalente di antimateria vengono riuniti e immediatamente, come suggerisce il nome, si annullano a vicenda, rilasciando energia. Come sarebbe strutturata una tale centrale elettrica?

Innanzitutto, dovrebbe essere costruito con molta attenzione a causa delle enormi quantità di energia coinvolte. L'antimateria sarebbe contenuta separata dalla materia normale da campi magnetici in modo che non si verifichino reazioni indesiderate. L'energia verrebbe quindi estratta più o meno allo stesso modo in cui i reattori nucleari catturano il calore speso e l'energia luminosa dalle reazioni di fissione.

I reattori materia-antimateria sarebbero ordini di grandezza più efficienti nel produrre energia rispetto alla fusione, il prossimo meccanismo di reazione migliore. Tuttavia, non è ancora possibile catturare completamente l'energia rilasciata da un evento materia-antimateria. Una quantità significativa dell'output viene portata via dai neutrini, particelle quasi prive di massa che interagiscono in questo modo debolmente con la materia che sono quasi impossibili da catturare, almeno ai fini dell'estrazione energia.

Le preoccupazioni per la cattura di energia non sono importanti quanto il compito di ottenere abbastanza antimateria per fare il lavoro. Innanzitutto, dobbiamo avere abbastanza antimateria. Questa è la maggiore difficoltà: ottenere una quantità significativa di antimateria per sostenere un reattore. Mentre gli scienziati hanno creato piccole quantità di antimateria, che vanno da positroni, antiprotoni, anti-idrogeno atomi, e persino alcuni atomi di antielio, non sono stati in quantità abbastanza significative da alimentare gran parte di essi nulla.

Se gli ingegneri dovessero raccogliere tutta l'antimateria che sia mai stata creata artificialmente, quando combinati con la materia normale sarebbe appena sufficiente accendere una lampadina standard per più di alcuni minuti.

Inoltre, il costo sarebbe incredibilmente alto. Gli acceleratori di particelle sono costosi da eseguire, anche per produrre una piccola quantità di antimateria nelle loro collisioni. Nello scenario migliore, costerebbe circa 25 miliardi di dollari per produrre un grammo di positroni. I ricercatori del CERN sottolineano che occorrerebbero $ 100 quadrilioni e 100 miliardi di anni di funzionamento dell'acceleratore per produrre un solo grammo di antimateria.

Chiaramente, almeno con la tecnologia attualmente disponibile, la produzione regolare di antimateria non sembra promettente, il che mette le astronavi fuori portata per un po '. Tuttavia, la NASA è alla ricerca di modi per catturare l'antimateria naturale, che potrebbe essere un modo promettente per alimentare le astronavi mentre viaggiano attraverso la galassia.

Dove gli scienziati avrebbero cercato abbastanza antimateria per fare il trucco? Il Van Allenradiazione le cinture - regioni a forma di ciambella di particelle cariche che circondano la Terra - contengono quantità significative di antiparticelle. Questi sono creati come particelle cariche di energia molto elevata provenienti dal sole interagiscono con il campo magnetico terrestre. Quindi potrebbe essere possibile catturare questo antimateria e conservarlo in "bottiglie" di campo magnetico fino a quando una nave potrebbe usarlo per la propulsione.

Inoltre, con la recente scoperta della creazione di antimateria sopra le nuvole temporalesche, potrebbe essere possibile catturare alcune di queste particelle per i nostri usi. Tuttavia, poiché le reazioni si verificano nella nostra atmosfera, l'antimateria interagirà inevitabilmente con la materia normale e si annichilerà, probabilmente prima che abbiamo la possibilità di catturarla.

Quindi, mentre sarebbe ancora piuttosto costoso e le tecniche di cattura rimangono allo studio, un giorno potrebbe essere possibile sviluppare una tecnologia in grado di raccogliere l'antimateria dallo spazio intorno a noi ad un costo inferiore rispetto alla creazione artificiale Terra.

Mentre la tecnologia avanza e iniziamo a capire meglio come viene creato l'antimateria, gli scienziati possono iniziare a sviluppare modi per catturare le particelle sfuggenti che sono create naturalmente. Quindi, non è impossibile che un giorno potremmo avere fonti di energia come quelle raffigurate nella fantascienza.

-Edito e aggiornato da Carolyn Collins Petersen