Nachteile von Antimaterie-Waffen

In der Geschichte, die ich erschaffe, wird ein wichtiger Waffentyp der Menschheit Antimaterie-basierte Waffen sein. Dies ist eine ziemlich neue Technologie, da Antimaterie-Produktionsanlagen gerade die Größe und Kapazität erreicht haben, um das Zeug realistisch in den notwendigen Mengen für den Gebrauch herzustellen. Ich weiß, dass Antimaterie in Bezug auf die Energiedichte wesentlich besser ist als alles, was die Menschheit bis zu diesem Zeitpunkt produziert hat, und als solche wesentlich mächtiger wäre als thermonukleare Waffen. In der heutigen Zeit wird Antimaterie aufgrund der extremen Produktionskosten und geringen Produktionsmengen nicht verwendet, obwohl sie von der US Air Force für den Einsatz in Waffen untersucht wurde. Abgesehen von den Produktionskosten, was sind die größten Nachteile bei der Verwendung von Antimaterie?

Wie halten Sie die Antimaterie zurück?
Schlagen Sie Antimaterie-Waffen vor, die kleiner sind als Planetenzerstörer? Bei einer Atombombe geht es darum, wie klein die kleinste Antimaterie-Waffe wäre (schätzungsweise) und der Nutzen solcher Waffen ist begrenzt, es sei denn, Sie nehmen es mit wirklich exotischen Kampfszenarien (Super-Dreadnaughts usw.) auf. Ich müsste mehr darüber erfahren, wie Ihre Vision von Waffen aussah.
Eine Antimaterie-Waffe könnte so klein sein, wie Sie wollen. Es hängt alles davon ab, wie viel Antimaterie Sie verwenden. Ein paar Atome, ein paar Tausend, ein paar Millionen oder was auch immer.
Antimaterie wird in Sci-Fi so überbewertet. es wird die ganze Zeit hier auf der Erde erschaffen. Bei Gewitter. Und die Erde ist noch da, ist nicht ins Nichts gesprengt worden. science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2011/…
die Tatsache, dass ein verirrter Schuss, der eine Ihrer Waffen trifft, einen großen Teil Ihrer Armee auslöschen kann.
@JustinThymetheSecond, in sehr kleinen Mengen, ja. Es gibt einen signifikanten Unterschied zwischen ein paar Atomen und ein paar Gramm Antimaterie. Ein Bruchteil eines Gramms Antimaterie entspricht einer kleinen taktischen Atomwaffe oder etwa 100.000 Blitzen.
Eine Möglichkeit, die Frage der Langzeitspeicherung zu umgehen, besteht darin, Ihre Antimaterie so nahe wie möglich an C zu beschleunigen. Dann können Sie die Zeitdilatation verwenden, um die Speicherdauer der Antimaterie beliebig zu verlängern. Wenn Sie dies tun können, gibt es natürlich keinen Grund, Antimaterie zu verwenden, wenn Sie nur die darin enthaltene Energie wollen. Dies ist zum Beispiel die Quelle des "Myonenparadoxons", bei dem Myonen, die von kosmischer Strahlung erzeugt werden, eine zu kurze Halbwertszeit haben, um an der Oberfläche nachgewiesen zu werden, aber sie sind auf relativistische Effekte zurückzuführen.

Antworten (6)

Es ist so schwer, die Materie draußen und die Antimaterie drinnen zu halten.

Antimaterie lässt nasses Dynamit wie Wunderbrot aussehen. Altbackenes Wunderbrot. Wenn Sie Antimaterie falsch betrachten, wird sie explodieren.

  1. Um Antimaterie einzudämmen, müssen Sie jedes Materieteilchen akribisch fernhalten. Das bedeutet, dass die Antimaterie vollständig vakuumiert sein muss. Ich bin mir nicht sicher, wie man ein Vakuum erzeugen würde, das so völlig frei von Gasmolekülen ist. Selbst ein einziges Gasmolekül darin, das die Antimaterie berührt, würde eine Explosion hervorrufen, die Ihre Vakuumapparatur zerstören würde, und es würde eine (viel) größere Explosion folgen.

  2. Staubsauger arbeiten mit Pumpen, die jedes Gas abpumpen. Antimaterie kann theoretisch jedes Element sein, aber bisher war die produzierte Antimaterie Antiwasserstoff und Antihelium. Wenn Ihre Antimaterie auch nur ein wenig in das Vakuum sublimiert, werden Antimateriemoleküle in Ihrem Vakuum schweben. Wenn die Vakuumpumpe ein Antimateriemolekül auspumpt, berührt es das Innere der Pumpe. Dies wird eine Explosion erzeugen, die Ihr Vakuumgerät usw. zerstören wird.

  3. Selbst wenn Sie ein perfektes Vakuum auf Gottesebene und völlig unsublimierbare Antimaterie haben, kreuzen kosmische Strahlen die ganze Zeit durch alles. Manchmal gehen sie die Sache hier auf der Erde direkt an. Gelegentlich treffen sie ein Molekül in der Materie, auf die sie stoßen. Kosmische Strahlen bestehen aus Materie. Wenn man Antimaterie berührt, wird es eine Explosion verursachen, die Ihren Eindämmungsapparat usw. zerstören wird.

Um Antimaterie einzudämmen, bräuchte man eine Art Supervakuum – vielleicht etwas, das alle Moleküle in der Nähe elektrisch auflädt und sie dann durch Ladung abstößt. Dies würde im Weltraum viel besser funktionieren, wo es zunächst weniger Gasmoleküle gibt. Das würde auch für geladene kosmische Strahlung funktionieren. Sie müssten die Antimaterie mit Magnetschwebebahn oder der gleichen Art von Ladungstrick, mit dem Sie das nach innen gerichtete Gas ausschließen, an Ort und Stelle halten.

All das lässt herkömmliche Sprengstoffe so bequem und freundlich erscheinen.

Die meisten Eindämmungssysteme, die ich in Science-Fiction gesehen habe, sind von Natur aus magnetisch, aber selbst wenn sie Antieisen enthalten, müssen Sie immer noch ein perfektes Vakuum erzeugen und alles andere draußen halten. Was ... absurd schwer ist.
Einige Fiktionen haben postuliert , dass Antimaterie relativ sicher in Fullerenmolekülen enthalten sein kann. Mir ist nicht klar, wie das funktionieren soll, aber im Grunde haben Sie ein kleines Atom Antimaterie, das in einem viel größeren Fullerenmolekül schwebt, das verhindert, dass andere normale Materie dorthin gelangt. kein Vakuum oder Mag-Flasche erforderlich. (Lassen Sie das Fulleren nur nicht vorzeitig abbauen, sonst haben Sie einen schlechten Tag. Aber Sie können es ungefähr so ​​​​leicht wie Schießpulver aufbewahren.)
Ich glaube nicht, dass das Vakuum so perfekt sein muss, wie Sie andeuten. Wenn wir eine standardmäßige Hochvakuumkammer verwenden, die mit der heutigen Technologie machbar ist (Annahmen: 0,1 mPa, 300 K, Gas ist hauptsächlich O2, 1 m^3), und jedes Streugasmolekül mit der eingefangenen Antimaterie kollidiert und dabei seine gesamte Massenenergie freisetzt, Die Zahl, die ich bekomme, ist ~ 100 MJ - die Energie der Verbrennung einer Gallone Benzin. Das ist nicht allzu viel Energie (nun, verglichen mit Ihrer durchschnittlichen Masse mal c^2). Es wird nicht einmal eine Explosion wie beim Anzünden einer Gallone Gas verursachen, da es sich um Gammastrahlen handelt, die durch die Kammerwände gehen.
Bei sublimierenden Materialien haben viele gängige Materialien wie Fe vernachlässigbare Vakuumverdampfungsraten - wir sprechen von wenigen Atomen pro m ^ 3. Kosmische Strahlung ist auch kein Problem, da es wirklich nicht viele von ihnen gibt, bezogen auf die Masse pro Sekunde. Selbst wenn alle Teilchen, die Ihre Vakuumkammer passiert haben, mit der Antimaterie vernichtet würden, könnten Sie die resultierende Strahlung nicht nachweisen. Ich denke, das Problem ist, dass Sie die Energie einer einzelnen Antimaterie-Explosion im atomaren Maßstab überschätzen. Wie die meisten Dinge auf atomarer Ebene ist es immer noch unglaublich winzig.
@GiladM - die Energie wird als Kugel aus der Reaktion emittiert. Was passiert mit den Antimateriemolekülen unmittelbar neben der Reaktion? Ich denke, sie können sich verflüchtigen. Aber die Tatsache, dass ein Großteil dieser Energie harte Strahlung ist, die die Umgebung verlässt, sollte man sich gut merken.
@GiladM - Ich denke, deine Mathematik ist gut. Die Eindämmungsvorrichtung wäre radioaktiv, aber Bleiwickel können dabei helfen. Wenn Sie eine Antwort posten, die Mathematik zeigt, haben Sie meine positive Bewertung. Wenn Sie es im Stil einer Tafel (Mathjax?) Auslegen, wobei Mathematik für einen Amerikaner mit Highschool-Ausbildung einfach genug ist, um ihm zu folgen, werden Sie auch ein Kopfgeld haben.
@Willk Die Energie wird nicht als Kugel ausstrahlen. Die Energie wird als elektromagnetische Strahlung abgestrahlt. Die Photonen werden so erzeugt und ausgebreitet, dass alle Erhaltungssätze eingehalten werden. Sehr hochenergetische Photonen neigen dazu, sehr tief einzudringen und würden somit aus dem Eindämmungsbereich entkommen. Die Gefahr besteht darin, dass sie zur Paarbildung neigen, wenn sie energetisch günstig an einem Teilchen streuen.
@Willk Gute Antwort übrigens, es unterstreicht wirklich die Schwierigkeit der Antimaterie-Eindämmung
@Willk Ich habe gerade eine Antwort unten gepostet
@GiladM Ich denke, der Basisdruck Ihrer Vakuumkammer kann besser sein als die Schätzungen, die Sie verwenden. Molekularstrahl-Epitaxiekammern können Basisdrücke von 5 x 10-11 Torr haben, und mit beträchtlichem Aufwand in 10-12 Torr. Typischerweise können Sie durch Ihre Pumptechnologie eingeschränkt sein, wenn Sie beispielsweise die Wände erhitzen. Da die verbleibenden Moleküle mit der Antimaterie interagieren, verbessern Sie das Vakuum. Die Berücksichtigung des Dampfdrucks der Antimaterie ist eine weitere interessante Frage.
@UVphoton Guter Punkt. Die Zahlen, die ich verwendet habe, sollten als sehr schwache Grenze angesehen werden - wir können heutzutage nicht nur potenziell bessere Vakuumkammern bauen, sondern bis wir ganze Gramm Antimaterie einfangen, nehme ich an, dass wir noch besser darin geworden sind. (Außerdem, Willk, wow, danke! Ich habe nicht mit so viel Kopfgeld gerechnet, aber dann habe ich deinen eigenen Ruf gesehen und ich denke, du kannst es dir leisten :P)

Wenn Sie mit Antimaterie zu tun haben, müssen Sie drei Herausforderungen bewältigen: Kosten, Entstehung und Eindämmung. Das OP gibt an, dass die Erzeugung großer Mengen Antimaterie jetzt machbar und, wie ich annehme, kostengünstig ist, sodass wir die erste und zweite Herausforderung als gelöst behandeln. Das lässt Eindämmung.

Antimaterie einzudämmen ist sehr schwierig, aber meiner Meinung nach nicht unmöglich.

Stellen Sie sich einen kleinen festen Block aus Antimaterie vor, sagen wir Anti-Eisen. Selbst 1 kg des Zeugs hätte eine vergleichbare Ergiebigkeit wie die Zarenbombe, die stärkste jemals gezündete Atomwaffe 1 . Der beste Weg, es einzudämmen, besteht darin, es in einem perfekten Vakuum magnetisch schweben zu lassen (vorzugsweise über einem Hochtemperatur- Supraleiter ).

Lassen Sie uns zunächst die Probleme ansprechen, die Willk in seiner früheren Antwort angesprochen hat.

  1. Vakuumqualität: Keine Vakuumkammer ist perfekt, aber selbst mit der heutigen Technologie können wir gut genug sein.

Wir können derzeit massive Vakuumkammern bauen , die 130 aufrechterhalten können μ Pa Druck . Ich gehe davon aus, dass die winzige Menge des in der Kammer verbleibenden Gases nur Luft bei Raumtemperatur ist (um meine Berechnungen zu vereinfachen, verwende ich 300 K und gehe von reinem Stickstoff mit einer Masse von 28 AMU pro Partikel aus). Entscheidend ist die Größenordnung. Wenn irgendwelche Energien, die wir daraus ziehen, einem Lagerfeuer näher kommen als einer Atombombe, ist es wahrscheinlich handhabbar.

Wie viel Energie strahlt die Kammer von Spurengasmolekülen ab, die mit der Antimaterie kollidieren? Wenn wir das ideale Gasgesetz umstellen, erhalten wir

N v = P k B T
⟹ D = P k B T × M = ( 130 × 10 − 6 P A ) k B ( 300 K ) × ( 28 A M U )

Die Gesamtenergie pro Kubikmeter der Kammer unter der Annahme, dass das gesamte Gas in Energie umgewandelt wird, ist die Dichte D mal C 2 : ∼ 131 M J / M 3 . WolframAlpha sagt, das ist ungefähr so ​​viel Energie wie das Verbrennen einer Gallone Benzin. Zugegeben, die meisten Vakuumkammern, die heute gebaut werden, würden es nicht begrüßen, in Brand gesteckt zu werden, aber wir sprechen hier über die Zukunft, und sie bauen diese Kammer speziell, um Antimaterie zu halten. Das ist mehr Lagerfeuer als Atombombe, also ist es nur ein technisches Problem.

  1. Vakuumverdampfung: Die Antimaterie (sowie die Innenwände der Kammer) wird im Vakuum leicht sieden und durch die Materie-Antimaterie-Vernichtung ebenfalls Energie freisetzen. Ist das ein Problem?

Auch hier sind die Massemengen, mit denen wir es zu tun haben, zu gering, um eine Rolle zu spielen. Hier ist ein Diagramm der Drücke, die durch verschiedene Metalle verursacht werden, die in ein Vakuum sieden:

Wie Sie sehen können, erfährt Eisen (Fe) bei 300 K eine so geringe Vakuumverdampfung, dass sein Druck buchstäblich außerhalb des Diagramms liegt (selbst nachdem Sie von mmHg in umgerechnet haben μ Pa). Solange Sie die Kammerwände nicht aus etwas mit höherem Druck wie Magnesium (Mg) bauen, müssen Sie sich darüber wahrscheinlich keine Sorgen machen.

  1. Kosmische Strahlen: Zufällige Protonen, die durch das Universum fliegen, treffen manchmal den Antimateriekern. Ist das ein Problem?

Nein. Auch hier ist es eine Frage des Maßstabs. Laut Wikipedia beträgt der Gesamtfluss nur ca 10 4 Partikel pro Sekunde pro Quadratmeter (unter der Annahme, dass Partikel mit einer Energie von weniger als 1 GeV es nicht einmal durch die Atmosphäre schaffen). Das ist viel niedriger als der Umgebungsdruck der Vakuumkammer, also vernachlässigbar.

Worüber müssen wir uns also Sorgen machen?

  1. Nachlassende Kraft: Wenn Sie diese Bomben wie Atomwaffen einsetzen möchten, müssen Sie darauf vorbereitet sein, sie jahrelang einsatzbereit und bereit zu lagern. Um ein Vakuum kontinuierlich am Laufen zu halten, ist kontinuierliche Energie erforderlich, im Gegensatz zu Atomwaffen, die einfach dort sitzen können. Und Sie müssen umfangreiche Sicherheitsvorkehrungen treffen, damit Sie bei einem Stromausfall nicht Ihr eigenes Land in die Luft jagen.
  2. Strahlung: Wie ich bereits sagte, emittiert Ihre Antimateriebombe aufgrund von Reaktionen mit Restgas in der Kammer mehr oder weniger so viel Energie wie ein Lagerfeuer. Dies wird dem Gerät nicht unbedingt schaden, aber leider jedem, der sich nicht hinter einer Bleiabschirmung befindet, sehr schaden, da es sich um hochenergetische Elektronen, Positronen und Gammastrahlen handelt, die sehr leicht durch die Kammerwände gelangen.
  3. Transport: Dieses Ding macht mich nervös, wenn ich nur daran denke. Sie brauchen eine sehr clevere Technik, um zu verhindern, dass dieses Ding explodiert, wenn Sie es in die falsche Richtung rütteln. Wenn dies in ein Flugzeug oder eine Rakete geladen wird, müssen Sie Änderungen in der Beschleunigung berücksichtigen und Ihre Magnete so programmieren, dass sie dies kompensieren, oder es wird sicher mitten im Flug auf etwas stoßen.
  4. Taschenlampen: Ich mache keine Witze. Wenn gewöhnliches Licht auf die Antimaterie scheint, werden aufgrund des photoelektrischen Effekts Positronen ausgestoßen . Ich habe vor langer Zeit berechnet, dass selbst wenn die Antimaterie ansonsten perfekt eingeschlossen wäre, Sie aber mit einer Taschenlampe darauf gerichtet sind, die resultierende Gammastrahlung Sie in Sekunden töten könnte. Ihre Vakuumkammer besteht wahrscheinlich nicht aus Glas oder ähnlichem, daher ist dies wahrscheinlich kein Problem. Ich finde es nur lustig, dass Antimaterie so flüchtig ist, dass man buchstäblich sterben kann, wenn man sie falsch betrachtet.

Keines dieser Dinge ist disqualifizierend; Eine Antimateriewaffe ist mit genügend Aufwand, Finanzierung und Einfallsreichtum machbar.

Aber mal ehrlich, ist es das alles wert? Ich würde argumentieren, dass dies der Hauptgrund ist, warum Antimaterie-Waffen nicht praktisch sind: Wir brauchen keine stärkeren Waffen. Noch nie sind zwei Atommächte in den Krieg gezogen, denn Atombomben sind erschreckend genug.

1 : Ich gehe davon aus, dass die ganze Masse schließlich über das gute alte in Energie umgewandelt wird. E = M C 2 . Dies ist keine sichere Annahme für Atomwaffen, da das meiste spaltbare Material durch die Explosion abgefeuert wird, bevor es seine Massenenergie freisetzen kann. Aber zumindest auf der Erde hat Antimaterie dieses Problem nicht. Sobald die Antimaterie austritt, wird sie weiter mit der umgebenden Materie interagieren, bis alles weg ist.

Wie Benutzer 110866 betont, ist es jedoch sehr kompliziert, wohin genau diese Energie gehen wird, da es keine anhaltende Kettenreaktion gibt. Daher kann ich nicht mit Sicherheit sagen, wie viel davon in Wärme oder eine Stoßwelle umgewandelt wird, anstatt nur die Umgebung stark zu bestrahlen Bereich.

Das ist gut; Danke. Ich kann noch kein Kopfgeld aussetzen, aber bald. Würden Sie zeigen, wie Sie die Masse des im Vakuum verbleibenden Gases berechnet haben?
Das M in dieser letzten Gleichung ist nur Masse pro Teilchen. N/V ist die Partikeldichte, also ergibt die Multiplikation mit M auf beiden Seiten die Massendichte. Dann ergibt die Multiplikation mit c^2 die Energiedichte. Wenn Sie meinen, wie ich 28 amu pro Partikel bekommen habe, ist das nur die Masse eines N_2-Moleküls.
@GiladM Die angegebene durchschnittliche Energiedichte ist zwar korrekt, sichert jedoch die in diesem Szenario stattfindenden Wechselwirkungen. Eine einzelne N-Nbar-Vernichtung wird wahnsinnig energiegeladene Teilchen erzeugen, die sicherlich (Multiresonanz-)Paar-Erzeugung hervorrufen werden. Siehe zum Beispiel [ arxiv.org/pdf/hep-ex/9708025.pdf ] für die Vielzahl von Partikeln, die eine P-Pbar-Wechselwirkung nur erzeugen kann, eingeschränkt durch den Streuquerschnitt. Die Schwelle für das Brechen der chiralen Symmetrie liegt auf dieser Ebene [ arxiv.org/abs/0811.1338 ]: ~ Rho-Meson-Masse-Energie-Skala ...
@GiladM ... daher wäre in jeder Form von kondensierter Materie sicherlich ein Kaskadeneffekt zu erwarten. Ich denke, Sie brauchen ein komplettes Vakuum.
@GiladM Mir ist klar, dass ich mit meiner Mathematik nicht klar bin, also werde ich näher darauf eingehen: 1 N-28 wird mit einem FE-56 interagieren, allein in der Vernichtungsinteraktion: 2 Sätze von 28 Vernichtungspaaren erzeugen Partikel mit einer Gesamtenergie von jede Wechselwirkung im Bereich von 938 MeV, zusätzlich werden die ep-Paare auch bei 2 Sätzen von 0,511 MeV vernichten. Dies beinhaltet nicht die zusätzliche, wenn auch viel kleinere, Energie, die durch den Bruch der Kristallstruktur freigesetzt wird. Jede Wechselwirkung erzeugt 2-4 Teilchen mit geeigneten Teilenergien, die mit umgebenden Atomen interagieren, daher eine Kettenreaktion.
@ user110866 Ich stimme zu, dass die Vernichtungsprodukte weiterhin mit der umgebenden Antimaterie reagieren werden, aber die Frage ist, ob dies eine Kettenreaktion aufrechterhalten kann. Die Produkte einer P-Pbar-Wechselwirkung sind meistens Mesonen, die viel schwächer mit Antiprotonen wechselwirken als ein Proton. Ich kann keine Quellen zu den Produkten einer Proton-Meson-Kollision finden, aber offensichtlich kann es nicht mehr Materie produzieren, als wir begonnen haben, also vermute ich, dass die Wirkung einer P-Pbar-Kollision begrenzt ist. Das heißt, es wird die Anzahl der Partikel in der Kammer mit einer potenziell großen Konstante multiplizieren.
@GiladM Die Mesonen höherer Ebene zerfallen schnell in das Pion (viele Theorien diskutieren sie als angeregte Zustände des Pions), und das Pion ist der Träger für die starke Restkraft. Das Problem der nuklearen Kettenreaktion ergibt sich aus den Scherzahlen von ungebundenen Protonen + Elektronen (Neutronen) und freien Neutronen, die bei der Spaltung eines vernichteten Fe-Atoms auftreten. Aus einigen Berechnungen [1], bei denen nur PPbar-Wechselwirkungen berücksichtigt wurden, tritt eine Fusionsreaktion bei Konzentrationen von nur 10 ^ 11 Antiprotonen auf, die auf ein mit Wasserstoff beladenes Gas einfallen ...
@GiladM Diese Berechnungen gehen von einem Raketenantriebssystem aus, bei dem jeder Zyklus nur ~ 10 ^ 8 Protonen verbraucht und recycelt wird [2,3]. Die oben gezeigten Berechnungen haben die Anzahldichte von N-Atomen in der Größenordnung von ~10^{17}/m^{3} mit Wechselwirkungen in unmittelbarer Nähe aufgrund der Nähe der Atome, die in den kristallinen Strukturen von Eisen gefunden werden (im Gegensatz zu die geringen Dichten in einem Gas). Da die kritische Masse umgekehrt proportional zur Dichte ist, wäre es vernünftig, einen Unterschied von mindestens drei Größenordnungen in der Antimaterie zu erwarten, um allein die Dichte zu erklären.
[1] apps.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a446638.pdf [2] Hybrid Antimaterie-Fusion/Fission Propulsion for Interstellar Exploration, Aaron Palke, [3] large.stanford.edu/courses/2018/ ph241/altman1 , Aaron Altman.
@GiladM Der Grund, warum die in der aktuellen Form angegebene Energiedichte nicht nützlich ist, liegt darin, dass sie impliziert, dass die Energie gleichmäßig über den angegebenen Raum verteilt ist. In diesen Fällen sprechen wir typischerweise von Energiedichten und Drücken pro Teilchenteilchen. Eisen ist aufgrund seiner hohen Bindungsenergie eine besonders kluge Wahl und wird daher nicht leicht destabilisiert. Jedes gespaltene Eisenatom würde jedoch mindestens 14 hochenergetische Neutronen und Protonen (wahrscheinlich mehr) erzeugen, die sich zu niedrigen A-Atomen verbinden können.
@GiladM Aufgrund der hohen Kapazität von Eisen, neue Partikel aufzunehmen, wären die thermischen und chemischen Eigenschaften, die eine exotherme Kettenreaktion oder Zustandsänderung in der Eisenprobe erzeugen, von größerer Bedeutung als eine nukleare Explosion in der Antimaterieprobe.
@ user110866 Fair genug. Ich schätze die detaillierte Recherche in Ihrer Antwort. Ich bestreite nicht, dass Gasmoleküle, die auf das Antieisen treffen, eine Tonne Strahlung verursachen und dem Gas viele zusätzliche Partikel hinzufügen, aber das Wichtigste ist, eine exponentiell wachsende Kettenreaktion zu verhindern. Solange die Anzahl der an der Reaktion beteiligten Antikerne nur linear mit der Zeit zunimmt, sollten wir in der Lage sein, Probleme zu vermeiden, indem wir einfach ein besseres Anfangsvakuum haben. Nur wenn wir außer Kontrolle geratene Kettenprozesse haben, brauchen wir eine grundsätzlich unmögliche perfekte Vakuumkammer.
@ user110866 Auch Nebenbemerkung, aber da diese Wechselwirkungen alle ungefähr 0 Impuls haben, würden wir erwarten, dass nur die Hälfte der Nebenprodukte auf die Anti-Eisen-Oberfläche trifft, während die andere Hälfte mit entgegengesetztem Impuls in die andere Richtung davonfliegt. Solange unsere Vakuumkammer groß genug ist, dass diese Teilchen zerfallen, bevor sie auf die Kammerwände treffen, halbiert das zumindest unsere erwarteten Wechselwirkungen.
@GiladM Erster Kommentar: Ich stimme von Herzen zu; Hinzu kommt, dass ich denke, dass die Anzahldichte die wichtigste zu beschränkende Größe sein wird. Leider sind diese Wechselwirkungen sehr komplex und die Physik hochenergetischer Teilchen lässt sich normalerweise nicht auf eine einfache Gleichung reduzieren. Im zweiten Kommentar erwähnen Sie die On-Shell-Momente. Für EP-Interaktionen ist dies sehr gültig, jedoch sind diese nicht das dringendste Problem. Während 0,511 MeV-Photonen Gefahren darstellen, sind sie immer noch um Größenordnungen geringer als nukleare Wechselwirkungen.
Die PPbar- und NNbar-Interaktionen sind nicht so einfach. Streuquerschnitte müssen die bizarren Phänomene berücksichtigen, die diese Wechselwirkungen hervorrufen können, insbesondere bei niedrigen Energien, wie z. B. Protonium. Ich würde erwarten, dass N-Nbar-Interaktionen noch bizarrer sind. Da Isospin eine SU(2)-Theorie ist (weit unterhalb der chiralen Grenze), können wir es wie Spin behandeln, das ist der Grund dafür, dass NN und PP keine gebundenen starken Zustände bilden können, während NP dies offensichtlich tut, jedoch sind NNbar und PPbar verwandt den NP-Zustand aufgrund der Umkehrung des Isospins in Antimaterie. Dies führt dazu, dass die Streuung weniger vorhersagbar ist
@GiladM Auch der "typische" On-Shell-KE gebundener Kerne liegt in der Größenordnung von 10 MeV, dies muss auch während der Vernichtungswechselwirkung berücksichtigt werden. Schließlich ist die Nicht-Lepton-Vernichtung nicht eindeutig wie die Ep-Vernichtung, da Baryonen und Mesonen eine interne Struktur haben, die die Streuung beeinflusst. Die gesamten On-Shell-Impulse werden sowieso fast immer auf die Antimaterie-Probe gerichtet, daher müssen die Netto-Impulse dies berücksichtigen, und wie dies getan wird, ergibt, wie viel Prozent der Partikel am Ende in die Probe orientiert werden.
@GiladM Eigentlich ... wenn ich darüber nachdenke, glaube ich, dass ich anfangs falsch lag. Selbst bei einer ep-Vernichtung mit Impulsen nahe 0 breiten sich die resultierenden Photonen senkrecht zur Richtung der Anfangsimpulse aus, um die Parität zu wahren, da alle Erhaltungsgesetze eingehalten werden müssen, daher sind Wechselwirkungen mit der Probe selbst für diese Photonen sehr wahrscheinlich. Wie dem auch sei, hier sind einige Quellen, um dies genauer zu untersuchen: [ ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5829174 ], [ Matter-antimatterinteractions-involving-antihydrogen , Armor et al. 2006 doi.org/10.1016/j.nimb.2006.01.049 ]

Lagerung:

Antimaterie kann nicht einfach oder sicher gespeichert werden. Wie enthalten Sie es?

Das Risiko für andere Dinge wie Ausrüstung und Personal scheint ziemlich groß zu sein. Größer als beispielsweise mit einem thermonuklearen Gerät.

Oh ja. Plutonium explodieren zu lassen ist schwierig. Antimaterie nicht explodieren zu lassen, ist wesentlich schwieriger

Strahlungsgefahren.

Wenn ein Teilchen, das komplexer ist als ein Elektron, mit seinem Antiteilchen annihiliert, ist das Ergebnis ein Durcheinander von seltsamen Gluonen, deren endgültige Kindteilchen davon abhängen, worauf sie sonst noch stoßen. Wenn Sie nicht sehr darauf achten, isolierte Teilchen zu vernichten, wie es Menschen in Physikexperimenten tun, können am Ende Produkte wie hochenergetische Neutronen und Gammastrahlen herumfliegen. Dies sind genau die Arten von Nebenprodukten, die die Umgebung einer Spaltungsreaktion bestrahlen und radioaktiven Fallout erzeugen.

Wenn Sie jemanden töten möchten, ohne die gesamte Nachbarschaft zu einem radiologischen Gefahrenbereich zu machen, sollten Sie sich an energieärmere Physik wie konventionelle Ballistik oder Sprengstoff halten. Vielleicht eine schöne Railgun.

Dinge, die als Waffe verwendet werden sollen, erfordern einen dedizierten "Scharf"-Mechanismus. Es ist gut, wenn der Aktivierungsmechanismus redundant zum normalen Aktivierungsknoten ist. Es ist auch gut, wenn der Mechanismus passiv ist. Für die Waffenproduktion ist es gut, wenn man passive Vorläufer hat und nur eine kleine Menge des instabilen Materials lagert.

Definitionsgemäß wird der Gegner in einem bewaffneten Konflikt mit ziemlicher Sicherheit versuchen, Ihre Infrastruktur (Logistik, Technik, Verwaltung) zu beschädigen. Gegenwärtige Methoden zur sicheren Lagerung von Antimaterie erfordern kontinuierliche Energie.

Aus heutiger Sicht wären diese Waffen also so etwas wie Atomwaffen, nur schlimmer (zumindest explodieren Atomwaffen nicht, wenn sie gelagert werden). Sie möchten Ihren Fußtruppen keine "Antimaterie-Granaten" im Maßstab von 10000 aushändigen. Sie würden keine „Antimateriekugeln“ in Millionenhöhe wollen – es wäre ein logistischer Alptraum während eines bewaffneten Konflikts, diese sicher zu halten – Landminen, nicht detonierte Bomben sind bereits schlimm genug, ohne einen impliziten Timer und eine Vergiftung durch Gammastrahlung zu haben.

Schauen wir uns nun also die „klassischen“ Anwendungsfälle an

  • "Superatomwaffen" - solange Sie nicht vorhaben, Planeten in die Luft zu sprengen, scheinen Fusionsbomben für die meisten Anwendungen gut zu funktionieren
  • "Mini-Atomwaffen" - kein Akteur auf staatlicher Ebene würde eine solche Technologie verbreiten. Die Verwendung für Staaten ist unklar
  • Explosive Munition - ich könnte mir vorstellen, dass diese in sehr begrenzten Umgebungen sinnvoll sind, aber es ist ein Grenzfall.

Der einzige Anwendungsfall (neben der Zerstörung von Planeten), von dem ich annehmen könnte, dass er realistisch ist, sind "kontrollierbare Strahlungsminen". Sie entwerfen die Eindämmung auf undichte Weise, sodass Sie eine erhebliche Menge an Gammastrahlung erhalten, und Sie steuern die Eindämmung so, dass sie linear statt exponentiell abklingt. Sie stellen also die Ladung und den Timer ein, und nach ein paar Stunden ist es sicher (wenn nichts stark aktiviert wurde, um das Gebiet zu betreten), aber davor gibt es eine tödliche Gammastrahlung (vorher hat der Feind die Möglichkeit, das zu zerstören Containment - Explosion + starker Strahlungsimpuls) oder abschirmen. Machen Sie viele kleine davon und kombinieren Sie es mit Stealth, Sie können die Bestrahlung der vom Feind kontrollierten Gebiete zu schlechten Zeiten für sie ein- und ausschalten.

Wie andere bereits betont haben, ist Antimaterie schwierig zu produzieren und einzudämmen.

Die bekannteste Eigenschaft von Antimaterie ist, dass es für jedes Materieteilchen ein entgegengesetzt geladenes, aber ansonsten identisches „Anti“-Teilchen gibt. Das Gesamtbild ist etwas komplizierter, da auch andere Quanteneigenschaften umgekehrt sind. Beispielsweise sind Antineutronen wie Neutronen elektrisch neutral, haben aber einen entgegengesetzten Isospin und wechselwirken daher stark wie ein Proton. Daher ist es unmöglich, Antimaterie in Form eines Proton-Antineutron- oder Pesudo-Deuteron-Kerns einzufangen.

Der schwierigste Teil der Produktion besteht darin, dass Antimaterie nur durch sehr hochenergetische Photonen-Materie-Streuung erzeugt wird. Die Ausnahme hiervon ist die sehr seltene Positronenemission. Daher würde die Herstellung von Antimaterie sehr große Maschinen (Teilchenbeschleuniger) erfordern, die viel mehr Energie verbrauchen, als sie produzieren würden.

Die einzigen Antiteilchen, die eingefangen werden können, sind die geladenen, da diese in Magnetfeldern enthalten sein können. Leider erzeugt die Gruppierung großer Mengen geladener Teilchen ein elektrostatisches Ungleichgewicht, da Magnetfelder viel stärker sein müssen als die darin enthaltenen elektrischen Felder, eine kleine Menge geladener Antimaterie erfordert einen unverhältnismäßig großen, aber sehr präzisen magnetischen Einschluss, der auch energetisch sehr ungünstig ist.

Abgesehen von den Produktionskosten, was sind die größten Nachteile bei der Verwendung von Antimaterie?

Angenommen, Sie konnten diese offensichtlichen Probleme überwinden, gibt es einige weitere Untertitel, die berücksichtigt werden müssten, um Antimaterie zu verwenden. @Cadence erwähnte das wichtige Problem der Produkte der Paarvernichtung. Genauer gesagt, die Paarvernichtung erzeugt sehr hochenergetische Photonen, die dazu neigen, zu streuen, und dazu neigen, eine Paarbildung zu bilden, wenn Anti-Nukleonen vernichtet werden. Daher ist es sehr schwierig, eine kontrollierte Energiemenge aus der Wechselwirkung zu gewinnen, und daher wäre es wirklich schwierig, sie für den Antrieb zu verwenden.

Die Verwendung als Waffe würde ähnliche Probleme aufwerfen. Es ist nicht einfach, die Ruhemasse der Antimaterie (mal 2) zu berechnen, um die bei der Detonation übertragene Gesamtenergie zu berechnen, da die hochenergetische Strahlung gestreut wird.

Die Art der Antimaterie wird wichtig sein, wenn zum Beispiel nur Positronen-Elektronen mit niedrigem KE verwendet werden, ist die resultierende Energie zu niedrig, um beim Streuen eine Paarbildung zu erzeugen, und die Photonen breiten sich in alle Richtungen aus. Der Grund, warum Atomwaffen so unglaublich zerstörerisch sind, liegt darin, dass sie anhaltende nukleare Reaktionen hervorrufen; Ketten von stark exothermen Reaktionen und damit gewaltigen Explosionen erzeugen. Die Vernichtung von Antimaterie müsste auf die richtige Energieskala kalibriert werden, um ähnliche Kettenreaktionen hervorzurufen. Die Photonendurchdringung neigt dazu, sehr tief unter den Schwellenwerten der Paarproduktion zu liegen, aber dies verringert die Tendenz, anhaltende Reaktionen zu erzeugen.

Nachteile von Antimaterie-Waffen
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