Юный техник, 2011 № 03 - [3]
Это предположение лежит в основании теории Большого взрыва, приведшего, по одной из версий, к образованию нашей Вселенной. Возможно, в основе самого Большого взрыва, произошедшего 13 млрд. лет назад, как раз и лежали реакции взаимодействия частиц материи и антиматерии.
Схема двигателя на антиматерии.
Дело в том, что при столкновении любой античастицы с частицей происходит реакция аннигиляции (от латинского annihilatio — «уничтожение», «исчезновение»). При этом обе реагирующие частицы и в самом деле исчезают, выделяя взамен огромное количество энергии — во много раз больше, чем, например, при термоядерной реакции.
Существование антивещества — материи, построенной из античастиц, было впервые предсказано еще в 1930 году английским физиком Полом Дираком. Он же предугадал, что антиматерия обладает огромным энергетическим потенциалом. Некоторые горячие головы тут же заговорили о создании аннигиляционных бомб. Однако для этого необходимо прежде всего иметь более компактные и дешевые установки для производства антиматерии, а также надежные ловушки-контейнеры для ее хранения.
Сейчас антиматерию хранят в так называемых «магнитных бутылках». Так на жаргоне физиков называются установки, где при помощи сильных электромагнитных полей античастицы удерживают от соприкосновения со стенками контейнера. Но пока это удается лишь на очень короткий срок — сотые или десятые доли секунды.
И все же исследователи надеются, что надежные ловушки со временем будут созданы. И тогда можно будет подумать о космических двигателях на антивеществе, о которых уже не раз писали фантасты.
Институт перспективных концепций аэрокосмического агентства США (НАСА) финансирует небольшую американскую компанию Positronics Research, расположенную в г. Санта-Фе. Она уже не первый год занимается разработкой и постройкой опытных устройств для работы с антиматерией. Не так давно ее сотрудники представили две новые схемы космических двигателей на антиматерии.
В принципе, для путешествия, скажем, к Марсу хватило бы нескольких десятых долей грамма антивещества, полагают сотрудники компании. Причем полет длился бы всего 45–90 суток в зависимости от времени старта и взаимного расстояния между планетами, которое периодически меняется. Дело, как говорится, за малым. Надо выбрать наиболее подходящий способ хранения антиматерии на борту и рациональный способ использования ее огромной энергии.
Исследователи компании считают, что топливом для кораблей будущего должны стать позитроны, а не антипротоны, как предлагалось ранее. Выбор этот обоснован так. При реакции аннигиляции материи и антиматерии рождаются гамма-лучи высокой энергии, что в случае пилотируемого аппарата потребует особых защитных экранов. Аннигиляция позитронов порождает гамма-излучение с энергией примерно в 400 раз меньшей, чем в случае использования антипротонов, что упростит защиту.
Предполагается, что энное количество позитронов (сотые доли грамма) можно наработать на земных установках и поместить в большое число миниатюрных магнитных капсул-ловушек. Капсулы эти по очереди, с определенной частотой направляют в реактор. В центре реактора силовое поле ловушки выключают, позитроны взаимодействуют с ее веществом и дают вспышку излучения, нагревающего специальный теплообменник. Через него пропускают водород, который, нагревшись, с большой скоростью истекает из сопла двигателя, обеспечивая тягу.
Часть горячего водорода отводится для привода насоса, а холодный водород из бака, прежде чем попасть в реактор, проходит через двойные стенки сопла — для его охлаждения.
Позитронный реактор мог бы дать удельный импульс в 900 секунд, сообщают исследователи. То есть на каждый грамм израсходованного за секунду рабочего тела (водорода) он дал бы 900 граммов тяги. Это примерно в 2–3 раза выше, чем у современных ракетных двигателей.
Второй вариант привода назван «Абляционный позитронный двигатель». Капсулы с магнитными ловушками, в которых хранятся позитроны, здесь еще покрыты слоем свинца. Свинец поглощает гамма-радиацию от аннигиляции и переизлучает этот поток энергии в виде рентгеновских лучей, от которых легче защититься. В частности, они будут поглощаться слоем специального покрытия сопла. Покрытие, постепенно испаряясь, и создает тягу.
Таковы перспективы. Но пока для осуществления этих планов физикам придется немало потрудиться.
С. НИКОЛАЕВ
ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ
Вилка вместо пистолета, или зачем автомобилю электричество?
На недавнем Московском международном автосалоне (ММАС-2010), например, заметно выделялся городской транспорт завтрашнего дня — электроминикары, которые, по идее, должны занять промежуточное место между обычными автомобилями и мотоциклами. Обратить на них особое внимание инженеров заставили… статистики. Ведь они знают все, в том числе, кто, куда и как далеко ездит. Согласно статистике получается, что большинство автолюбителей пять раз в неделю совершают поездки из дома на работу и обратно, преодолевая расстояние порядка 50 км. Причем ездят в большинстве своем в одиночку или вдвоем.
А если так, то зачем, спрашивается, ставить в машине 4 кресла и стараться обеспечить электромобилю пробег, сравнимый с бензиновым авто, то есть 400–500 км без подзарядки? Ни к чему, получается, и создавать сеть электрозаправочных станций. В конце концов, розетка найдется в каждом офисе, в каждом доме, так что заряда батареи на 50–70 км вполне хватит. И со скоростью зарядки можно не спешить: ночь длинна, и рабочий день не так уж короток… Главное, чтобы аккумулятор был долговечен и выдерживал ежедневные подзарядки в течение, скажем, лет пяти.
