Könnten Materie-Antimaterie-Reaktoren funktionieren?

Das Raumschiff Enterprise, Fans der "Star Trek" -Serie dürfte eine unglaubliche Technologie namens Warp Drive verwenden, eine hochentwickelte Energiequelle, die Antimaterie im Herzen hat. Die Antimaterie produziert angeblich die gesamte Energie, die die Schiffsmannschaft benötigt, um sich in der Galaxie zurechtzufinden und Abenteuer zu erleben. Ein solches Kraftwerk ist natürlich ein Science-Fiction-Werk.

Es scheint jedoch so nützlich, 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 recht solide ist, aber einige Hürden stehen der Verwirklichung einer solchen Traum-Energiequelle definitiv im Wege.

Was ist Antimaterie??

Die Quelle der Energie 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 ​​der Materie sind, wie Positronen (Antiteilchen von Elektronen) und Antiprotonen (Antiteilchen von Protonen). Diese Antiteilchen sind in den meisten Fällen mit ihren Gegenstücken aus der regulären Materie identisch, mit der Ausnahme, dass sie die entgegengesetzte Ladung haben. Wenn sie mit regulären Materieteilchen in einer Art Kammer zusammengebracht werden könnten, würde das Ergebnis eine riesige Energiefreisetzung sein. Diese Energie könnte theoretisch ein Raumschiff antreiben.

Wie entsteht Antimaterie??

Die Natur erzeugt Antiteilchen, nur nicht in großen Mengen. Antiteilchen entstehen in natürlich vorkommenden Prozessen ebenso wie durch experimentelle Mittel wie in großen Teilchenbeschleunigern bei Hochenergiekollisionen. Neuere Arbeiten haben gezeigt, 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 der Atmosphäre erzeugt wird.

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

Wie Antimaterie-Kraftwerke funktionieren könnten

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

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

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 mitgenommen, nahezu masselosen Partikeln, die so schwach mit Materie wechselwirken, dass sie zumindest zum Zweck der Energiegewinnung kaum einzufangen sind.

Probleme mit der Antimaterie-Technologie

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 erhebliche Menge Antimaterie zu beschaffen, um einen Reaktor aufrechtzuerhalten. Während Wissenschaftler geringe Mengen an Antimaterie entwickelt haben, die von Positronen, Antiprotonen, Anti-Wasserstoffatomen und sogar einigen Anti-Helium-Atomen reichen, waren sie nicht in ausreichenden Mengen vorhanden, um viel von irgendetwas anzutreiben.

Wenn die Ingenieure all die Antimaterie sammeln würden, die jemals künstlich hergestellt wurde, würde es in Kombination mit normaler Materie kaum ausreichen, eine normale Glühbirne länger als ein paar Minuten anzuzünden.

Außerdem wären die Kosten unglaublich hoch. Teilchenbeschleuniger sind teuer in der Ausführung, selbst wenn sie eine geringe Menge an Antimaterie in ihren Kollisionen produzieren. Im besten Fall würde die Herstellung eines Gramms Positronen Kosten in der Größenordnung von 25 Milliarden US-Dollar verursachen. Forscher am CERN weisen darauf hin, dass es 100 Billionen US-Dollar und 100 Milliarden Jahre dauern würde, bis der Beschleuniger ein einziges Gramm Antimaterie produziert. 

Zumindest mit der derzeit verfügbaren Technologie sieht die regelmäßige Herstellung von Antimaterie offensichtlich nicht vielversprechend aus, was dazu führt, dass Raumschiffe für eine Weile außer Reichweite sind. Die NASA sucht jedoch nach Möglichkeiten, natürlich erzeugte Antimaterie einzufangen, was eine vielversprechende Möglichkeit sein könnte, Raumschiffe auf ihrem Weg durch die Galaxie mit Energie zu versorgen. 

Antimaterie suchen

Wo würden Wissenschaftler nach genügend Antimaterie suchen, um den Trick auszuführen? Die Van-Allen-Strahlungsgürtel-Donut-förmigen Regionen geladener Teilchen, die die Erde umgeben, enthalten erhebliche Mengen an Antiteilchen. Diese entstehen, wenn sehr energiereiche geladene Teilchen der Sonne mit dem Erdmagnetfeld in Wechselwirkung treten. Es könnte also möglich sein, diese Antimaterie einzufangen und in Magnetfeld- "Flaschen" aufzubewahren, bis ein Schiff sie zum Antrieb verwenden könnte.