Возможность использования антивещества в качестве топлива

Основная проблема с антиматерией будет заключаться в сдерживании. Вы не можете просто поместить его в обычный контейнер, потому что обычный контейнер будет состоять из материи, а антиматерия аннигилирует вместе с ней. Таким образом, вам нужно найти способ уберечь антиматерию от любой материи на вашем корабле. В то же время вам также необходимо обеспечить его безопасную транспортировку к месту реакции, где произойдет управляемая аннигиляция с материей.

Единственный способ удерживать антивещество и манипулировать им — использовать поля. Если предположить, что у вас нет специального силового поля в стиле «Звездного пути», это будет означать электромагнитные поля. Вероятно, антивещество будет магнитно удерживаться в виде плазмы, подобно водороду в термоядерном реакторе (горячий газообразный водород в термоядерном реакторе тоже нужно держать подальше от стенок, хотя там это из-за его высокой температуры).

Ежегодное мировое потребление энергии составляет от 100 до 200 петаватт-часов. Используя указанное вами число (петаватт-час равен 3600 петаджоулей), для производства этой энергии потребуется от 4 до 8 метрических тонн антивещества, чтобы удовлетворить текущие мировые потребности в энергии на целый год. Сколько энергии потребуется кораблю, конечно, зависит от того, насколько быстро корабль должен двигаться, как часто ему нужно ускоряться/тормозить (полет без ускорения бесплатный), насколько эффективны его двигатели и как часто он может быть заправлен топливом. но я думаю, что можно с уверенностью предположить, что это будет значительно меньше, чем текущее годовое производство энергии в мире. Поэтому я думаю, что даже одного грамма антивещества должно быть более чем достаточно; вероятно, потребуется всего несколько миллиграммов.

Я обращусь к хранению антивещества, потому что это единственная вещь в вашем вопросе, которую люди до сих пор успешно делали. Хотя мы можем когда-нибудь построить двигатель на основе антивещества, до этого еще далеко. К счастью, хранить антивещество гораздо проще.

В настоящее время лучшим способом хранения антивещества является ловушка Пеннинга . Он использует магнитное поле и электрическое поле для хранения заряженных частиц. Причина, по которой нам нужны и то, и другое, заключается в том, что ни магнитное, ни электрическое поле сами по себе не могут удерживать частицу в стабильном положении благодаря математическому результату, известному как теорема Эрншоу . Использование обоих типов полей дает нам необходимую стабильность. Этот подход, конечно, ограничивает нас использованием заряженных частиц — например, протонов и электронов — но это не является серьезной проблемой, поскольку именно эти типы антивещества легче всего производить.

К сожалению, ловушки Пеннинга используются в основном для хранения антивещества, а не для создания камеры аннигиляции. Когда вы вводите антиматерию в контакт с материей, вы не можете просто хранить ее в хранилище. Если он находится в небольшом хранилище, высвобождаемая энергия может разрушить ловушку Пеннинга (или что-то еще, что вы используете). Если он находится на большом складе, взрыв, вероятно, не произойдет рядом с тем концом корабля, который вы обозначите сзади. В любом случае, взрыв не будет направлен назад, как у обычной ракеты.

Такое решение может состоять в том, чтобы ускорить антиматерию и материю в конце космического корабля. Ускорители частиц делают это с помощью сверхпроводящих магнитов. Проблема в том, что эти ускорители невероятно велики — длина окружности Большого адронного коллайдера составляет 27 километров! Возможно, это было бы сложно сделать на маленьком космическом корабле. Чтобы решить эту проблему, я бы предложил использовать небольшой ионный двигатель для ускорения материи и антиматерии. Ускорьте их перпендикулярно друг другу и от корабля, и вы сможете направить взрыв в тыл.

Идея не идеальна; например, выпуск любых частиц из ловушки приведет к искажению формы полей, потенциально нарушая структуру, необходимую для стабильности. Поскольку топливо будет необходимо практически непрерывно, это может стать серьезной проблемой, поскольку даже небольшие отклонения от желаемой конфигурации могут со временем увеличиваться. К счастью, за один раз нужно откачивать лишь небольшое количество топлива, поскольку ответ Целчка показывает, что уровень расхода топлива низкий .

Аннигиляция часто производит легкие высокоэнергетические частицы (гамма-кванты, электроны, позитроны и нейтрино), использование которых может быть не очень простым. Если вы хотите привести космический корабль в движение, они должны быть направлены все равно в сторону выхлопа. Если вы хотите приготовить обед, эти высокоэнергетические частицы должны каким-то образом передать свою энергию окружающим атомам, а не просто улететь.

Это может работать с каким-то специально разработанным устройством, но может оказаться непростым, и во время преобразования, вероятно, будет потеряна некоторая энергия.

Потенциал хранения антивещества находится за пределами нашего понимания из-за того, что ученые из ЦЕРН обнаружили электромагнитную «ловушку», содержащую антивещество, однако, как говорилось в предыдущих комментариях, было бы трудно привести в движение корабль любого типа. используй это.

Это связано с тем, что теория Эйнстенса (E=mc^) утверждает, что энергия аннигиляции материи и антиматерии будет высвобождаться двумя путями с фотонами, и поэтому часть энергии ударит по кораблю, потенциально причинив ущерб, а остальная часть энергии будет неэффективной. Однако, если бы вы могли манипулировать антиматерией, чтобы посылать энергию в виде концентрированных взрывов в корабль, используя какой-то дефлекторный щит, тогда это, возможно, могло бы привести корабль в движение.

Существует также возможность спроектировать адронный коллайдер со стопроцентной эффективностью, который направляет конечный продукт антиматерии в корму корабля, тем самым решая вопрос о ее хранении в качестве топлива. Вы никогда не знаете, в начале 1900-х годов никто не думал, что можно будет отправиться на Луну, и они сделали это благодаря технологическим достижениям в 1969 году.

Существует также возможность использования антивещества для замены ископаемого топлива, поскольку в 2008 году для питания мира требовалось всего 368 кг антивещества, поскольку при его уничтожении высвобождается 1,8x10 ^ 17 Дж энергии, и поэтому оно потенциально может заменить энергию мира. проблема, если конечно построить коллайдер со 100% КПД и тогда на процесс не будет тратиться электричество так как это очень затратно; также, если бы большее количество антивещества могло быть произведено при столкновении частиц. Надеюсь мой ответ был стандартным и подробным!

Представьте себе кольцо, в котором частицы летят по кругу с высокой скоростью, удерживаемые магнитом, точно так же, как ускоритель частиц... но с тремя режимами: ускорение/стабильность/выключение.

Частицы непрерывно вращаются. Когда вам нужно использовать энергию, вы направляете одну или несколько частиц через дверь к двигателю, где они попадают в цель, сделанную из обычного вещества... Это будет генерировать фотоны, которые нагревают двигатель с циклом Ренкина... Просто и эффективно. ..

Есть одна проблема с антиматерией, которая делает ее проблемой для моих игр и художественной литературы: YMMV.

Антивещество чрезвычайно полезно для хранения энергии. Если бы он был доступен, я не сомневаюсь, что он приводил бы в действие космические и космические корабли всех видов.

Проблема в том, что человечество, похоже, готово вооружить все, что попадется ему в руки. А антиматерию очень легко превратить в оружие. Поскольку единственный способ удержать антиматерию (с нашими нынешними теориями) включает в себя активные магнитные и электрические поля, все, что нам нужно сделать, это выключить поля, и антиматерия вступит в реакцию с материей, с которой она вступает в контакт, и бац!

Я уверен, что если над этим поработают инженеры, то можно будет создать бомбу из вещества-антивещества, которая будет немного более опасной (и меньшего размера), чем просто нарушение стандартного блока содержания, но в этом нет необходимости.

Другие проблемы включают случайную радиацию, когда материя/антиматерия объединяются в небольших количествах (в больших количествах взрыв, вероятно, вызывает больше беспокойства).

В одной истории они использовали антиматерию в видимых количествах в качестве источника энергии. Я не помню названия, но в этой истории вероятность большого взрыва была низкой. Каждый раз, когда материя сталкивалась с антиматерией, это вызывало небольшой взрыв, который уносил большую часть материи. Таким образом, антиматерия медленно испарялась, так что большого взрыва не было. Однако на самом деле, даже при таком медленном «кипении», я думаю, радиация убьет всех вокруг.

Вот почему я избегаю большого количества антиматерии в своих произведениях. Извиняюсь.

В обозримом будущем не может использоваться в качестве «топлива», но в высшей степени может использоваться в синтезе, инициированном антиматерией .