Machbarkeit von Antimaterie als Brennstoff

Das Hauptproblem bei Antimaterie wäre die Eindämmung. Sie können es nicht einfach in einen normalen Behälter stecken, denn der normale Behälter wäre aus Materie und die Antimaterie würde sich damit vernichten. Sie müssen also einen Weg finden, die Antimaterie sicher von jeglicher Materie in Ihrem Schiff fernzuhalten. Gleichzeitig müssen Sie es auch sicher zum Reaktionsort transportieren lassen, wo eine kontrollierte Vernichtung mit Materie stattfinden würde.

Die einzige Möglichkeit, Antimaterie einzudämmen und zu manipulieren, wäre die Verwendung von Feldern. Angenommen, Sie haben kein spezielles Kraftfeld a la Star Trek, würde das elektromagnetische Felder bedeuten. Wahrscheinlich würde die Antimaterie magnetisch als Plasma gehalten werden, ganz ähnlich wie der Wasserstoff in einem Fusionsreaktor (das heiße Wasserstoffgas im Fusionsreaktor muss auch von den Wänden ferngehalten werden, obwohl es dort wegen seiner hohen Temperatur ist).

Der jährliche Weltenergieverbrauch liegt zwischen 100 und 200 Petawattstunden. Unter Verwendung Ihrer angegebenen Zahl (eine Petawattstunde entspricht 3600 Petajoule) würde man zur Erzeugung dieser Energie etwa 4 bis 8 Tonnen Antimaterie benötigen, um den derzeitigen Weltenergiebedarf für ein ganzes Jahr zu decken. Wie viel Energie ein Schiff benötigt, hängt natürlich davon ab, wie schnell das Schiff fahren muss, wie oft es beschleunigen/verzögern muss (nicht beschleunigter Flug ist kostenlos), wie effizient seine Motoren sind und wie oft es betankt werden kann. aber ich denke, man kann mit Sicherheit davon ausgehen, dass es deutlich weniger sein wird als die derzeitige jährliche Weltenergieproduktion. Daher denke ich, dass sogar ein einziges Gramm Antimaterie mehr als genug sein sollte; wahrscheinlich würde es nur ein paar Milligramm brauchen.

Ich werde die Speicherung von Antimaterie ansprechen, denn das ist das einzige, was Menschen in Ihrer Frage bisher erfolgreich gemacht haben. Auch wenn wir eines Tages ein auf Antimaterie basierendes Antriebsgerät bauen werden, ist es noch ein weiter Weg. Glücklicherweise ist die Lagerung von Antimaterie viel einfacher.

Derzeit ist die beste Möglichkeit, Antimaterie zu speichern, eine Penning-Falle . Es verwendet ein Magnetfeld und ein elektrisches Feld, um geladene Teilchen zu speichern. Der Grund, warum wir beide brauchen, ist, dass ein magnetisches oder elektrisches Feld ein Teilchen dank eines mathematischen Ergebnisses, das als Earnshaws Theorem bekannt ist, nicht allein in einer stabilen Position halten könnte . Die Verwendung beider Arten von Feldern gibt uns letztendlich die erforderliche Stabilität. Dieser Ansatz beschränkt uns natürlich auf die Verwendung geladener Teilchen – zum Beispiel Protonen und Elektronen –, aber das ist kein großes Problem, da dies die Arten von Antimaterie sind, die am einfachsten herzustellen sind.

Leider werden Penning-Fallen hauptsächlich zur Speicherung von Antimaterie und nicht zur Bereitstellung einer Vernichtungskammer verwendet. Wenn Sie die Antimaterie mit Materie in Kontakt bringen, können Sie sie nicht einfach im Lagerbereich haben. Wenn es sich in einem kleinen Lagerbereich befindet, kann die freigesetzte Energie die Penning-Falle (oder was auch immer Sie sonst verwenden) zerstören. Wenn es sich in einem großen Lagerbereich befindet, wird die Explosion wahrscheinlich nicht in der Nähe des Endes des Fahrzeugs sein, das Sie als Heck bezeichnen. In jedem Fall wird die Explosion nicht nach hinten gerichtet, wie bei einer typischen Rakete.

Die Lösung wie diese könnte darin bestehen, die Antimaterie zu beschleunigen und das Ende des Raumschiffs mit Materie zu überziehen. Teilchenbeschleuniger tun dies über supraleitende Magnete. Das Problem ist, dass diese Beschleuniger unglaublich groß sind – der Large Hadron Collider hat einen Umfang von 27 Kilometern! Vielleicht wäre das auf einem kleinen Raumschiff schwierig. Um dieses Problem zu lösen, würde ich vorschlagen, einen kleinen Ionenmotor zu verwenden , um Materie und Antimaterie zu beschleunigen. Lassen Sie sie senkrecht zueinander und vom Schiff weg beschleunigen, und Sie könnten die Explosion nach hinten richten.

Die Idee ist nicht perfekt; Beispielsweise führt das Freisetzen von Partikeln aus der Falle zu Verzerrungen in der Form der Felder, wodurch möglicherweise die für die Stabilität erforderliche Struktur zerstört wird. Da Brennstoff auf einer im Wesentlichen kontinuierlichen Basis benötigt wird, könnte dies ein erhebliches Problem darstellen, da sogar kleine Abweichungen von der gewünschten Konfiguration mit der Zeit zunehmen können. Zum Glück müssen nur kleine Mengen auf einmal abgesaugt werden, denn die Antwort von celtschk zeigt, dass der Kraftstoffverbrauch gering ist .

Die Annihilation erzeugt oft leichte hochenergetische Teilchen (Gamma-Quanten, Elektronen, Positronen und Neutrinos), deren Verwendung möglicherweise nicht sehr trivial ist. Wenn Sie ein Raumschiff antreiben wollen, müssen sie alle in die gleiche Richtung zum Auspuff gerichtet sein. Wenn Sie Ihr Abendessen kochen möchten, müssen diese hochenergetischen Teilchen ihre Energie irgendwie an die umgebenden Atome weitergeben, anstatt einfach wegzufliegen.

Dies kann mit einem speziell entwickelten Gerät funktionieren, ist jedoch möglicherweise nicht einfach, und während der Umwandlung würde wahrscheinlich etwas Energie verloren gehen.

Das Potenzial der Speicherung von Antimaterie liegt nur knapp außerhalb unserer Reichweite, da Wissenschaftler am CERN eine elektromagnetische „Falle“ entdeckt haben, die Antimaterie enthält, aber wie in früheren Kommentaren gesagt wurde, wäre es schwierig, ein Schiff jeglicher Art anzutreiben es benutzen.

Dies liegt daran, dass die Einstens-Theorie (E=mc^) besagt, dass die Energie der Materie-Antimaterie-Vernichtung mit Photonen auf zwei Arten freigesetzt würde, und so würde etwas Energie auf das Schiff treffen und möglicherweise Schaden anrichten, während der Rest der Energie unbrauchbar wäre. Wenn Sie jedoch die Antimaterie manipulieren könnten, um die Energie in konzentrierten Explosionen mit einer Art Deflektorschild in das Schiff zu senden, könnte dies möglicherweise das Schiff antreiben.

Es besteht auch die Möglichkeit, einen 100 % effizienten Hadronenbeschleuniger zu konstruieren, der das Endprodukt Antimaterie zum Heck des Schiffes leitet und damit die Frage der Lagerung als Brennstoff löst. Man weiß nie – in den frühen 1900er Jahren dachte niemand, dass es möglich sein würde, zum Mond zu fliegen, und sie taten es aufgrund des technologischen Fortschritts im Jahr 1969.

Es besteht auch die Möglichkeit, Antimaterie als Ersatz für fossile Brennstoffe zu verwenden, da 2008 nur 368 kg Antimaterie benötigt wurden, um die Welt so zu versorgen, dass sie bei ihrer Vernichtung 1,8 x 10 ^ 17 j Energie freisetzt und somit möglicherweise die Energie der Welt ersetzen könnte Problem, wenn Sie natürlich einen 100% effizienten Collider bauen und dann kein Strom für den Prozess verschwendet würde, da er sehr kostspielig ist; auch wenn bei der Teilchenkollision größere Mengen an Antimaterie entstehen könnten. Ich hoffe, meine Antwort war Standard und ausführlich!

Stellen Sie sich einen Ring vor, in dem Partikel mit hoher Geschwindigkeit im Kreis fliegen und magnetisch eingeschlossen sind, genau wie ein Partikelbeschleuniger ... aber mit drei Modi: Beschleunigen / Stabil / Aus.

Partikel laufen kontinuierlich in einer Rotation. Wenn Sie Energie verbrauchen müssen, lenken Sie ein oder mehrere Partikel durch eine Tür zum Motor, wo sie auf ein Ziel aus gewöhnlicher Materie treffen ... Dies erzeugt Photonen, die einen Rankine-Cycle-Motor aufheizen ... Einfach und effektiv. ..

Es gibt ein Problem mit Antimaterie, das dies zu einem Problem für meine Spiele und Romane macht: YMMV.

Antimaterie ist äußerst nützlich für die Energiespeicherung. Wenn es verfügbar wäre, hätte ich keinen Zweifel, dass es Raum- und Sternenschiffe aller Art antreiben würde.

Das Problem ist, dass die Menschheit bereit zu sein scheint, alles zu bewaffnen, was sie in die Finger bekommen kann. Und Antimaterie ist so einfach in eine Waffe umzuwandeln. Da die einzige Möglichkeit, Antimaterie einzudämmen (mit unseren gegenwärtigen Theorien), aktive magnetische und elektrische Felder beinhaltet, müssen wir nur die Felder ausschalten, und die Antimaterie reagiert mit der Materie, mit der sie in Kontakt kommt, und pow!

Ich bin sicher, wenn die Ingenieure daran arbeiten, könnte man eine Materie-Antimaterie-Bombe bauen, die etwas gefährlicher (und kleiner) wäre, als nur eine Standard-Eindämmungseinheit zu durchbrechen, aber das ist nicht notwendig.

Andere Probleme sind zufällige Strahlung, wenn Materie/Antimaterie in kleinen Mengen zusammenkommt (in großen Mengen ist die Explosion wahrscheinlich besorgniserregender).

In einer Geschichte verwendeten sie Antimaterie in sichtbaren Mengen als Energiequelle. Ich kann mich nicht an den Namen erinnern, aber in dieser Geschichte war die Wahrscheinlichkeit einer großen Explosion gering. Jedes Mal, wenn Materie auf Antimaterie traf, verursachte dies eine kleine Explosion, die den größten Teil der Materie wegwehte. Es war also, als würde die Antimaterie langsam verdampfen, also keine große Explosion. In Wirklichkeit denke ich jedoch, dass die Strahlung selbst bei diesem langsamen "Kochen" jeden um sie herum töten würde.

Deshalb vermeide ich große Mengen an Antimaterie in meinen Romanen. Es tut uns leid.

In absehbarer Zeit nicht als "Brennstoff" verwendbar, aber sehr gut verwendbar in Antimaterie-initiierter Fusion