Raketa s antimaterijom koja je 300 puta jača od fuzije mogla bi puno brže dosegnuti obližnje zvijezde. Nova studija identificira dvije specifične anihilacijske reakcije posebno pogodne za svemirske misije.
Znanstvenici istražuju mogućnosti pogona antimaterije dok pokušavaju ostvariti međuzvjezdana putovanja.
Dok konvencionalne rakete daju veliki potisak, bore se s niskom učinkovitošću. Suprotno tome, električni pogon i solarna jedra nude visoku učinkovitost, ali stvaraju minimalan potisak.
Upravo u tom pogledu znanstvenici traže teoretsko rješenje koje bi iskoristilo ogromnu energiju antimaterije.
“Pogon antimaterije je revolucionarna tehnologija s potencijalom transformacije istraživanja Svemira, omogućujući putovanje na daleka mjesta koja su se nekada smatrala nemogućim”, tvrdi nova studija istraživača sa Sveučilišta Ujedinjenih Arapskih Emirata.
"Svemirske letjelice mogu prijeći Sunčev sustav kako bi dosegle obližnje zvijezde u rasponu od nekoliko dana do tjedana (unutar ljudskog života) zahvaljujući ovom ogromnom energetskom potencijalu."
Specifični tipovi anihilacijskih reakcija
Antimaterija se sastoji od antičestica. Ove antičestice imaju istu masu kao i obične čestice, ali posjeduju suprotne naboje i kvantne spinove. Kada antičestica naiđe na svoju odgovarajuću česticu, one se međusobno poništavaju, oslobađajući svoju zajedničku masu kao energiju. Ovo je najenergičnija reakcija poznata u fizici.
Međutim, raznolik raspon potencijalnih reakcija materije i antimaterije predstavlja značajan izazov. Sada je nova studija poduprla odabir dviju specifičnih vrsta anihilacijskih reakcija koje su posebno prikladne za svemirske misije.
Prvi uključuje interakciju antiprotona s nukleonima, koja obuhvaća protone i neutrone. Antiprotoni su antimaterijski parnjaci protona, a kada antiproton naiđe na proton ili neutron, oni se međusobno ponište. Ovu reakciju karakterizira stabilnost i značajno oslobađanje energije.
Druga prikladna reakcija uključuje interakciju pozitrona s elektronima. Pozitroni su antimaterijski ekvivalenti elektrona. Slično antiproton-nukleonskoj anihilaciji, pozitron-elektronska anihilacija je također stabilna i daje značajnu količinu energije.
Odabir ovih specifičnih reakcija je važan jer su mnoge čestice antimaterije prirodno nestabilne. Ali za dugotrajne svemirske misije, odabrana antimaterija mora biti sposobna za sigurno pohranjivanje dulje vrijeme. Antiprotoni i pozitroni pokazuju potrebnu stabilnost.
Visoka gustoća energije i učinkovitost pogona antimaterije
Uzbuđenje oko pogona antimaterije proizlazi iz gustoće energije antimaterije. Kada materija i antimaterija dođu u kontakt, međusobno se poništavaju, pretvarajući svoju cjelokupnu masu u energiju. Ovaj proces oslobađa gustoću energije od 9 x 10¹⁶ J/kg.
"Da opišemo ovu veličinu, ova energija, kilogram po kilogram, je oko deset milijardi puta veća od izgaranja vodika i kisika koje pokreće glavne motore svemirskih letjelica i 300 puta više od reakcije fuzije u jezgri Sunca".
"Štoviše, specifični impuls antimaterije može doseći ubrzanje i do 20 milijuna m/s, što je najviše moguće, čineći međuzvjezdanu propulziju ciljem umjesto sna."
Još jedna prednost pogona antimaterijom je učinkovitost tog pogona, a oko 70% energije oslobođene tijekom procesa anihilacije može se koristiti za pogon.
Izazovi u proizvodnji goriva od antimaterije
Proizvodnja i skladištenje antimaterije je teško i skupo. Sadašnje metode daju količine daleko ispod količina potrebnih za pogon svemirskih letjelica.
Za sada, jedan od kandidata koji najviše obećavaju za gorivo antimaterije je antivodik.
“Antivodik je najjednostavniji čisti atom antimaterije. Njegova stabilnost, sposobnost dugoročnog skladištenja i jednostavnost proizvodnje daju mu potencijal za povećanje proizvodnih i skladišnih kapaciteta”.
Međutim, proizvodnja antivodika je još uvijek u ranim fazama razvoja.
"Iako su znanstvenici uspjeli proizvesti male količine antivodika, još uvijek je izazov povećati iznos dovoljno za pogon svemirske letjelice".
www.interestingengineering.com
