Kosmoso tyrinėjimai visada buvo iššūkis mokslininkams ir inžinieriams, siekiantiems atrasti naujas galimybes tarpžvaigždinėms kelionėms. Nors tradicinės raketos užtikrina didelę trauką, jų efektyvumas yra ribotas. Mokslininkai dabar kreipia savo dėmesį į antimaterijos varomąją jėgą, kuri, tikėtina, gali pakeisti mūsų požiūrį į kosmosą ir leisti žmonėms pasiekti tolimas žvaigždes kaip niekada anksčiau.
Naujajame tyrime nustatytos dvi konkrečios anihiliacijos reakcijos, ypač tinkamos kosminėms misijoms, rašo „Interesting Engineering“.
Mokslininkai tiria antimaterijos varomosios jėgos galimybes, siekdami tarpžvaigždinių kelionių.
Nors įprastinės raketos užtikrina didelę trauką, jų efektyvumas yra mažas. Priešingai, elektrinė varomoji jėga ir saulės burės pasižymi dideliu efektyvumu, tačiau sukuria minimalią trauką.
Todėl mokslininkai ieško teorinio sprendimo, kaip panaudoti didžiulę antimaterijos energiją.
„Antimaterijos varomoji jėga yra novatoriška technologija, galinti pakeisti kosmoso tyrinėjimus ir suteikti galimybę keliauti į tolimas vietas, kurios anksčiau buvo laikomos neįmanomomis“, - teigiama naujame Jungtinių Arabų Emyratų universiteto mokslininkų tyrime.
„Dėl šio milžiniško energijos potencialo kosminiai laivai gali per kelias dienas ar savaites (per visą žmogaus gyvenimą) kirsti Saulės sistemą ir pasiekti artimiausias žvaigždes.“
Konkretūs anihiliacijos reakcijų tipai
Antimateriją sudaro antidalelės. Šios antidalelės turi tokią pačią masę kaip ir įprastos dalelės, tačiau turi priešingus krūvius ir kvantinius sukinius. Kai antidalelė susiduria su atitinkama dalele, jos anihiliuoja viena kitą, išskirdamos bendrą masę kaip energiją. Tai pati energingiausia fizikoje žinoma reakcija.
Tačiau įvairios galimos materijos ir antimaterijos reakcijos yra didelis iššūkis. Dabar, atlikus naująjį tyrimą, pavyko atrinkti dvi konkrečias anihiliacijos reakcijų rūšis, kurios ypač tinka kosminėms misijoms.
Pirmoji susijusi su antiprotonų sąveika su nukleonais, kurie apima ir protonus, ir neutronus. Antiprotonai yra protonų antimaterijos atitikmenys, ir kai antiprotonas susiduria su protonu ar neutronu, jie tarpusavyje anihiliuoja. Ši reakcija pasižymi stabilumu ir dideliu energijos išsiskyrimu.
Antroji tinkama reakcija yra susijusi su pozitronų sąveika su elektronais. Pozitronai yra elektronų antimaterijos ekvivalentai. Panašiai kaip antiprotonų ir nukleonų anihiliacija, pozitronų ir elektronų anihiliacija taip pat yra stabili ir išskiria nemažai energijos.
Šių specifinių reakcijų pasirinkimas yra svarbus, nes daugelis antimaterijos dalelių yra natūraliai nestabilios. Tačiau ilgalaikėms kosminėms misijoms pasirinktą antimateriją turi būti galima saugiai saugoti ilgą laiką. Antiprotonai ir pozitronai pasižymi reikiamu stabilumu.
Didelis antimaterijos variklių energijos tankis ir efektyvumas
Antimaterijos varomosios jėgos jaudina savo energijos tankiu. Susilietusios materija ir antimaterija anihiliuoja viena kitą, visą savo masę paversdamos energija. Šio proceso metu išsiskiria 9 x 10¹⁶ J/kg energijos tankis.
„Norint pavaizduoti šį dydį, ši energija, kilogramas už kilogramą, yra maždaug dešimt milijardų kartų didesnė už vandenilio ir deguonies degimą, kuris varo pagrindinius erdvėlaivių variklius, ir 300 kartų didesnė už branduolių sintezės reakcijas Saulės branduolyje“, - tyrime pažymėjo mokslininkai.
„Be to, antimedžiagos savitasis impulsas gali siekti iki 20 mln. m/s, t. y. didžiausią įmanomą, todėl tarpžvaigždinė varomoji jėga tampa ne svajone, o tikslu.“
Dar vienas antimaterijos varomosios jėgos privalumas - jos efektyvumas. Apie 70 % anihiliacijos proceso metu išsiskiriančios energijos gali būti panaudota varomajai jėgai.
Antimaterijos kuro gamybos iššūkiai
Antimaterijos gamyba ir saugojimas yra sudėtingas ir brangus procesas. Dabartiniais metodais gaunami kiekiai yra gerokai mažesni nei reikia kosminiams laivams varyti.
Šiuo metu vienas iš perspektyviausių kandidatų į antimaterijos degalus yra antivandenilis.
„Antivandenilis yra paprasčiausias grynosios antimaterijos atomas. Jo stabilumas, ilgalaikio saugojimo galimybė ir gamybos paprastumas suteikia galimybę padidinti jo gamybos ir saugojimo pajėgumus“, - paaiškino tyrėjai.
Tačiau antivandenilio gamyba dar tik pradedama kurti.
„Nors mokslininkams pavyko pagaminti nedidelius antivandenilio kiekius, vis dar sudėtinga tai padidinti tiek, kad būtų galima naudoti kosminių laivų varomajai jėgai“, - apibendrino tyrimą.
Naujausi tyrimai identifikavo dvi konkrečias anihiliacijos reakcijas, ypač tinkamas kosminėms misijoms: antiprotonų sąveiką su nukleonais bei pozitronų sąveiką su elektronais. Šios reakcijos suteikia didelį energijos išsiskyrimą ir stabilumą, kas yra esminis veiksnys ilgalaikėms kosminėms misijoms.
