Per aspera ad astra

Антиматерия это самый эффективный способ выроботки энергии из всех нам известных. Теоретически если вы смешайте один грамм обычного вещества с одним граммом антивещества, вы получите 1,8 × 10^14 джоулей энергии или приблизительно 43 килотонны. Почему именно 1,8 × 10^14 джоулей? Наверняка вы помните знаменитую формулу Эйнштейна E = Mc2, где c - скорость света, равная 299 792 458 метров в секунду. В квадрате это 89 875 517 900 000 000 или около 9,0 × 10^16. M - масса в килограммах, E - энергия в джоулях. Таким образом, 0,002 килограмма (2 грамма) умножить на 9,0 × 10^16 равно 1,8 × 10^14 джоулей. Неудивительно, что надёжно удерживать антивещество является нашим наиглавнейшим приоритетом. Стратегия состоит в том, чтобы использовать электромагнитные или электростатические энергетические поля вместо материальных стенок для удержания столь взрывоопасного материала. Теорема Ирншоу доказывает, что никакой набор статических зарядов не может быть использован для создания устойчивой ловушки. Лучшее, что вы можете сделать, - это обеспечить метастабильность, где подавляющее большинство конфигураций активно нестабильно. С нестационарными динамическими полями нужно хитрить, как в ловушке Пеннинга. Ловушки Пеннинга — это предпочтительный на сегодняшний день вариант системы хранения антивещества вдали от обычной материи. Она использует электростатические поля, чтобы удерживать облака позитронов или антипротонов ( оба из которых как известно заряжены ). Проблема в том, что заряды отталкиваются, поэтому чем больше антипротонов вы пытаетесь втиснуть в ловушку Пеннинга, тем больше облако будет расширяться из-за электростатического отталкивания, и тем больше энергии вам понадобится для удержания ограничивающих электростатических полей, дабы избежать взрыва. В какой-то момент может произойти так, что энергия, которая вам понадобится для ограничивающего поля, будет больше, чем энергия, которую вы получите от самого антивещества, что в некотором роде сводит на нет его цель быть источником энергии. По упрощенной оценке, получается около 4,4 × 10^12 позитронов, что даёт приблизительно 0,7 джоуля. Конечно, вы можете избежать проблемы электростатического отталкивания, используя незаряженное антивещество ( то есть антиводородные атомы ), но тогда вы не сможете использовать электростатические поля для его сдерживания. Облака антиводородных атомов не смогут удерживаться магнитными полями. Магнитная левитация может использоваться с твердым или жидким антивеществом, если оно конечно диамагнитно. Проблемы этого метода включают в себя в объединение позитронов и антипротонов в целостный жидкий антиводород, и при этом сделать магнитное поле достаточно плотным, чтобы анти-атомы не улетели. Для этого магнитные поля в двух контейнерах будут иметь тенденцию перемешиваться друг сдругом, создавая магнитную «трубу» между двумя контейнерами за счёт чего перемещение антивещества по трубе без потери единого анти-атома становится нетривиальным. Динамические поля — это изменяющиеся во времени внешние электрические и магнитные поля, которые теоретически могут удерживать частицы антивещества. Позитроний - это «экзотический атом», состоящий из электрона и позитрона, преследующих друг друга за хвостом. Обычно его средний срок службы составляет всего 125 пикосекунд ( несколько триллионных долей секунды ), но в отчете 1997 года говорится, что для его стабилизации можно использовать скрещенные магнитные и электрические поля. Другие учёные в свою очередь говорят, что позитроний все еще будет иметь «скорость дрейфа», которая позволит позитронию в любом случае самоуничтожиться, из-за чего этот метод хранения всё ещё является спорным и трудноосуществимым. Стабилизированные молекулярные связанные состояния представляют собой тип связанных состояний позитрон-молекула. При определенных обстоятельствах молекула вещества может удерживать позитрон в течение нескольких наносекунд ( миллиардных долей секунды) , прежде чем разрушиться. Поэтому некоторые ученые предполагают, что, может оказаться возможным существование связанного состояния, которое будет удерживать позитрон возможно в течение многих лет. Левитация замороженного водородного шара. Как уже говорилось выше, облако антипротонов расширяется, поскольку одноименные заряды взаимно отталкиваются, однако если вы сформируйте из антипротонов и позитронов настоящие анти-атомы водорода, оно останется незаряженным. Для этого вам нужно лишь, чтобы анти?атомы остыли до точки, при которой они образуют стабильный ледяной шар, потому что, если он будет горячее точки затвердевания водорода, он будет термически испаряться в виде облако пара, которое из-за своих малых масштабов в конце концов вызовет мощный взрыв. Молекулярный водород — это два связанных вместе атома водорода, поэтому ему и дан химический символ - H2. Протоны в каждом ядре ( как в прочем и большинство других субатомных частиц ) вращаются вокруг своей оси. Если две частицы вращаются в противоположном друг другу направлении, то у вас окажется " параводород ", в противном случае - " ортоводород "' Тот же принцип будет работать и с молекулярным водородом из антивещества ( это удобно поскольку параводород антивещества легче хранить с помощью магнитных полей ). Теперь обратите внимание, на следующее; Сосредоточьтесь на том, является ли часть слова после префикса «пара» «водородной» или «мангетической», это имеет большое значение. Параводород диамагнитен, а ортоводород парамагнитен из-за досадного несоответствия физической терминологии, при попытке поднять что-либо магнитным путем парамагнетизм очень нестабилен, а диамагнетизм в свою очередь — стабилен ( что очень полезно когда вы имеете дело с вещами, в каждом миллиграмме которых содержится 43 тонны тротила ). Ортоводород парамагнитен, поэтому его притягивает самая сильная часть левитирующего магнитного поля ( его притягивают оба полюса магнита ). Параводород диамагнитен, поэтому его притягивает самая слабая часть левитирующего магнитного поля ( оно отталкивается обоими полюсами магнита ). При парамагнитной левитации нет конфигурации, которая может обеспечить стабильность, с помощью же диамагнитной левитации можно сделать его стабильным, если контрольное оборудование отслеживает ситуацию и гасит любые вибрационные движения ( динамическая стабильность ). Как это должно выглядеть? Одна простая конструкция магнитной ловушки, подходящей для левитации шара параводородного льда из антивещества в криогенном вакуумном резервуаре. Пара сверхпроводящих колец, несущих противодействующие постоянные токи, создаёт карман с низким магнетизмом, который притягивает ледяной шар. Это пассивная система без контрольного оборудования, контролирующего стабильность., а поскольку кольца являются сверхпроводниками, любые перебои в подаче электроэнергии не будут являться для вас немедленной катастрофой беспрецедентных масштабов, так как некоторое время оно ещё будет работать. Охлаждение сферы замороженного антиводорода. Хитрость всего этого проекта заключается в том, чтобы шар всегда оставался холодными, ведь если они нагреются, они начнут испускать пар антивещества, и тогда все кончено, за исключением грибовидных облаков как после ядерного взрыва. Даже при одной доле выше абсолютного нуля по Кельвину некоторые антиатомы будут испаряться из ледяного шара, под действием слабых межатомных взаимодействий. Эти вырвовшие из общего скопления анти-атомы при столкновении о металлические стены камеры содержания высвободят тепло. Точно так же молекулы обычного вещества могут отлетать от стенок камеры и выделять тепло, дрейфуя и в конце концов сталкиваясь с ледяным шаром из антивещества. Антивещество необходимо охлаждать с помощью пассивного охлаждения, поскольку активное охлаждение не будет работать, когда хладагент представляет собой материю, в то время как охлаждаемый объект - антивещество. Как работает пассивное охлаждение? Как и все объекты, слегка теплый шар водородного льда из антивещества будет испускать некоторое количество пара. Хотя пар представляет собой проблему, по крайней мере, выброс нежелательного пара может охладить ледяной шар, что и является одной из форм пассивного охлаждения. При расчёте на то, что ледяной шар из антивещества в центре имеет массу один микрограмм и плотность в 0,08 г / куб.см, его радиус будет составлять 0,15 см, а площадь поверхности — 0,28 см2. Из-за отсутствия более точных данных коэффициент излучения льда в длинных инфракрасных лучах будет принят равным 0,5. Окружающая вакуумная камера имеет радиус 2 см, а стены окрашены в приятный абсорбирующий чёрный цвет. Это охлаждение за счёт теплового излучения, будет являться второй формой пассивного охлаждения. Для максимального охлаждения законы термодинамики предписывают, чтобы ледяной шар был как можно более тёплым, а стенки камеры как можно более холодными. В отчете предполагается, что температура льда составляет 2 Кельвина, так как при этой температуре давление пара будет составлять всего 4 × 10-18 Торр или 0,1 атом / куб. Предполагается, что стенки камеры имеют температуру 1 Кельвин, охлаждаются магнитным разбавлением, парамагнитным охлаждением или чем-то в таком духе. Подсчитывая, ледяной шар будет испускать пары антиводорода со всей своей площади поверхности 0,28 см2, всего 950 молекул антиводорода в секунду. С ледяным шаром температурой в 2 К с площадью поверхности 0,28 см2 и излучательной способностью 0,5 в камере температурой 1 К мощность охлаждения будет составлять 11 × 10-12 Вт или всего 11 пиковатт. Ледяной шар будет иметь скорость охлаждения 1 × 10-6 Кельвинов / сек или около 0,1 К / сутки. Испарение молекул антиводорода упадет ниже 950 молекул в секунду, поэтому основной источник тепла будет уменьшен. Однако охлаждающая способность в первую очередь зависит от разницы температур между ледяным шаром и стенками камеры. Однако если охлаждающая способность упадет только в четвертой степени температуры, конечным результатом будет являться то, что температура ледяного шара стабилизируется где-то ниже 2 Кельвинов, но всё же выше температуры стенок камеры в 1 Кельвин. Стоит упомянуть что каждая аннигиляция будет производить гамма-лучи с энергией в 0,511 МэВ от аннигиляции позитронов с электронами, заряженные пионы с энергией 250 МэВ от аннигиляции протонов и антипротонов и гамма-лучи с энергией 200 МэВ от распадающихся нейтральных пионов. Это теплота аннигиляции, которую необходимо контролировать. Крошечные 0,511 МэВ гамма-излучения позитронов - это чушь, и на них можно не обращать внимания. Гамма-излучение 200 МэВ - это гамма-излучение, которое отличается невероятной проникающей способностью. У них коэффициент затухания 0,1 см2 / г. Поскольку антиводородный лед имеет невероятно низкую плотность 0,0763 г / см3, затухание на единицу длины пути является низким 0,0076 / см. Перевод: большая часть гамма-лучей будет проходить прямо через ледяной шар, не нагревая его, и как итог: гамма-излучение 200 МэВ даст ледяному шару всего около 460 кэВ или 7,4 × 10-14 Джоулей. Заряженные пионы тоже довольно проницательны, из-за чего каждый заряженный пион передаст ледяному шару около 340 кэВ или 5,5 × 10-14 Джоулей. Предполагая, что каждая аннигиляция протона и антипротона производит 3,0 заряженных пиона и 1,5 нейтральных пиона, которые распадаются на гамма-лучи, аннигиляция молекулы антиводорода будет производить 6,0 заряженных пионов с энергией 250 МэВ каждый и 6,0 гамма-лучей с энергией 200 МэВ каждый. И 4,0 позитронно-электронных гамма-излучения с энергией 0,511 МэВ каждый, которые мы игнорируем. Обратите внимание на значение высокой проникающей способности заряженных пионов и гамма-лучей. Если система левитации антивещества откажет и ледяной шар антиводорода с лязгом упадет на пол камеры, это не приведет к сильному взрыву. Большая часть высвобожденной энергии аннигиляции пройдет сквозь стены камеры содержания, не нагревая ее. Энергия при этом будет поглощаться большей частью комплекса в котором вы находитесь, так что вместо сильного взрыва это будет больше похоже на сильную солнечную вспышку. Извлечение/помещение антиматерии из хранилища. Здесь антиводородный ледяной шар размером во многие миллиграммы электростатически подвешен в вакууме, однако проблема в том, как вывести несколько антиатомов из шара в реакционную камеру, чтобы антиатомы не коснулись каких-либо веществ между ними и не взорвали весь двигатель. На схеме выше ледяной шар облучается ультрафиолетом. Антиатомы водорода расщепляются дальним ультрафиолетым излучением на позитроны и антипротоны. Позитроны отбрасываются назад, где они аннигилируют с несколькими случайными электронами то тут, то там, создавая при этом очень небольшую энергию ( 1/1836 энергии аннигиляции, создаваемой антипротонами ). Более мощные антипротоны отлетают от ледяного шара посредством автоэлектронной эмиссии, где они захватываются электрическим полем высокой интенсивности и направляются в реакционную камеру. В качестве альтернативы было бы более эффективно хранить антиводород не в виде твердого шара льда, а в виде облака кристаллов льда, где каждый кристалл будет содержать энергетический эквивалент 20 кг химического топлива. Делая некоторые небезопасные предположения и лихорадочно сдвигая свою логарифмическую линейку, я полагаю, что каждый кристалл должен иметь массу около 2,6 × 10-11 кг, или 26 нанограммов, что равняется около 1/25 массы песчинки. Используя точечный ультрафиолетовый луч, можно отгонять позитроны от микрокристалла и использовать электростатические поля для отправки всего микрокристалла в реакционную камеру вместо жалкой струйки отдельных антипротонов. Поскольку микрокристалл достаточно велик для обнаружения датчиками, механические заслонки в трубке могут позволить прохождение микрокристалла, не позволяя каким-либо случайным атомам из реакционной камеры нарушать вакуум камеры хранения и вызывать каскадный отказ удерживающей оболочки антивещества (атомы вызывают микровзрывы) достаточно сильным, чтобы вдувать кристаллы антивещества в электростатические пластины, заставляя пластины аннигилировать, снимая висящее электростатическое поле, позволяя оставшимся кристаллам антивещества ударить по поверхности двигателя и преобразовать его в горячие ионы или, по крайней мере, взорвать его. ============================ Протоны имеют массу 9.10938291×10-31 килограмм, что эквивалентно энергии 8.18710565×10-14 джоулей. Антипротоны имеют массу 1,672621898×10-27 килограммов, что эквивалентно энергии 1,50327759×10-10 джоулей. Вам нужно по одному из каждого, чтобы сделать атом антиводорода. Если я правильно рассчитываю, то при эффективности 0,01 потребуется 1,50327759×10-6 джоулей, чтобы получить 1 антипротон, или 8,988×10-15 джоулей (899 тераджоулей), чтобы получить один килограмм антипротонов.