המחשה ממוחשבת של כונן פוטנציאלי למניעת חומר. קרדיט תמונה: Positronics Research LLC. לחץ להגדלה.
כולנו שיחקנו את המשחק כילדים - "קפיצת מדרגה" כללה ילד אחד שפוף על ארבע ואילו שנייה הניחה את ידיהם על כתפיו של הראשון. הילד העומד בכוח משיכת הכובד מתכופף ברגליים לעומק ואז דוחף למעלה ולמעלה החלק הראשון. התוצאה? הילד השני מתווכח והקפיצה השנייה כמו הצפרדע עוקבת בתורו. לא הדרך היעילה ביותר להגיע למערך הנדנדה - אבל כיף גדול בחברה הנכונה!
עם זאת, קפיצת מדרגה לא זהה ל'הפצת אתחול '. תוך כדי מעבר אתחול, שחקן יחיד מתכופף ותופס את לולאות העור בצד החיצוני של שני המגפיים. לאחר מכן השחקן עושה מאמץ אדיר כלפי מעלה עם הזרועות. פעולות קפיצת מדרגה - לא נעילת איתחול, זה פשוט לא יכול להיעשות בלי לקפוץ - דבר אחר לגמרי.
מכון נאס"א למושגים מתקדמים (NIAC) מאמין בקפיצת מדרגה - לא לא בגן המשחקים אלא בחלל והחלל. מהאתר של המכונים: "NIAC מעודד את המציעים לחשוב עשרות שנים לעתיד במרדף אחר מושגים ש"יזנקו" את ההתפתחות של מערכות התעופה והחלל הנוכחיות. " NIAC מחפש כמה רעיונות טובים ומוכן לתמוך בהם במענקי זרעים באורך שישה חודשים כדי לבחון את היתכנות לפני שתוקצה מימון רציני למחקר ופיתוח - שניתן להשיג בנאס"א ובמקומות אחרים. יש לקוות שזרעים כאלה מורשים לנבוט והשקעה עתידית מגדילה אותם לבגרות.
עם זאת, NIAC מעוניינת להפריד בין קפיצת מדרגה לבין הפעלת אתחול. האחד עובד והשני לא הגיוני בכלל. על פי נתוני NIAC, כונן הפוזיטרון עלול להוביל לקפיצת ענק בדרך בה אנו עוברים ברחבי מערכת השמש ומחוצה לה. כנראה שאין שום ניתוק לאתחול בעניין.
קחו למשל את התאום הפוזיטרון - מראה התאום של האלקטרון - כמו תאומים אנושיים, דבר נדיר מאוד. בניגוד לתאומים אנושיים, סביר שפוזיטרון ישרוד את תהליך הלידה. למה? מכיוון שפוזיטרונים ואחיהם - אלקטרונים - מוצאים אחד את השני שלא ניתן לעמוד בפניו ומהרסים במהירות בפרץ של קרני גאמה רכות. אבל את הפרץ הזה, בנסיבות מבוקרות, ניתן להמיר לכל סוג של 'עבודה' שתרצה לעשות.
זקוק לאור? מערבבים פוזיטרון ואלקטרון ואז מקרינים גז עד ליבון. זקוקים לחשמל? מערבבים זוג נוסף והקרנו רצועת מתכת. זקוקים לדחיפה? הירי את קרני הגמא הללו לדחף, מחמם אותו לטמפרטורות גבוהות במיוחד, ודחף את הדחף אל גב הרקטה. לחלופין, תירה בקרני הגמא הללו לצלחות טונגסטן בזרם אוויר, לחמם את האוויר ולזרוק אותו בגב המטוס.
דמיין שיש לך היצע של פוזיטרונים - מה יכולת לעשות איתם? לדברי ג'רלד א. סמית ', חוקר עקרונות במחקר Positronics, LLC של Sante Fe, ניו מקסיקו אתה יכול ללכת כמעט לכל מקום, "צפיפות האנרגיה של חומר אנטי-חומר היא עשרה סדרי גודל גדולים יותר מכימיקלים ושלושה סדרי גודל גדולים יותר מביקוע גרעיני. או אנרגיית היתוך. "
ומה המשמעות של זה מבחינת ההנעה? "פחות משקל, הרבה, הרבה, הרבה פחות משקל."
תוך שימוש במערכות הנעה מבוססות כימית, 55 אחוזים מהמשקל הקשור לחלום הויגנס-קאסיני שנשלח לחקור את סטורן נמצא במיכל הדלק והחמצון של הבדיקה. בינתיים כדי לזרוק את הבדיקות 5650 ק"ג ממשקלו מעבר לכדור הארץ, נדרש רכב שיגור שמשקלו היה כ -180 פעמים מזה של קאסיני-הויגנס בעל התדלק המלא (1,032,350 ק"ג).
באמצעות מספרים של ד"ר סמית בלבד בלבד - ורק בהתחשב בדחף התמרון הנדרש לקאסיני-הויגנס באמצעות השמדת פוזיטרון-אלקטרונים, ניתן היה להפחית את 3100 הק"ג של הדלק הכימי המעמיס את הגישוש המקורי לשנת 1997 ל 310 מיקרוגרם בלבד של אלקטרונים ופוזיטרון - פחות חומר מזו שנמצאה בטיפה אחת מרומזת של ערפל בוקר. ועם הפחתה זו במסה, ניתן היה להפחית בקלות את משקל ההשקה הכולל מקנבראל לשבתאי בגורם של שניים.
אבל השמדת פוזיטרון-אלקטרונים זה כמו שיש הרבה אוויר אבל בלי בנזין? המכונית שלך לא תגיע רחוק עם חמצן בלבד. אלקטרונים נמצאים בכל מקום, ואילו פוזיטרונים אינם זמינים באופן טבעי בכדור הארץ. למעשה במקום בו הם מתרחשים - ליד אופקי אירועים של חור שחור או לפרקי זמן קצרים לאחר כניסת חלקיקי אנרגיה גבוהה לאטמוספירה של כדור הארץ - הם מוצאים במהרה את אחד מאותם אלקטרונים בכל מקום ויוצאים פוטוניים. מסיבה זו עליכם להכין בעצמכם.
הכנס למאיץ החלקיקים
חברות כמו מחקר של Positronics, בראשות ד"ר סמית ', עובדות על טכנולוגיות הטמונות בשימוש במאיץ חלקיקים - כמו מאיץ הליניארי של סטנפורד (SLAC) הממוקם בפארק מנלו, קליפורניה. מאיצי החלקיקים יוצרים פוזיטרונים בטכניקות ייצור זוגי של אלקטרונים. זה נעשה על ידי ניפוץ קרן אלקטרונים מואצת יחסית למטרה טונגסטן צפופה. לאחר מכן, קרן האלקטרונים מומרת לפוטונים בעלי אנרגיה גבוהה אשר עוברים דרך הטונגסטן והופכים לקבוצות אלקטרונים ופוזיטרון תואמים. הבעיה לפני שד"ר סמית 'ואחרים יוצרים פוזיטרונים היא קלה יותר מאשר לכידה, אחסון, הובלה ושימוש בהם ביעילות.
בינתיים במהלך ייצור זוגות, כל מה שבאמת עשית לארוז הרבה אנרגיה כבולה בכדור הארץ בכמויות קטנות ביותר של דלק נדיף מאוד - אך קל מאוד. תהליך זה עצמו אינו יעיל ביותר ומציג אתגרים טכניים גדולים הקשורים לצבירת מספיק אנטי-חלקיקים בכוח לחללית המסוגלת לנסוע אל מעבר לעבר במהירות גבוהה המאפשרת בדיקת חלל גדולה - ושטח חלל אנושי. איך יתכן שכל זה ישחק?
לדברי ד"ר סמית ', "במשך שנים רבות סחטו הפיזיקאים פוזיטרונים ממטרות הטונגסטן על ידי התנגשות של הפוזיטרונים עם חומר, והאט אותם באלף בערך כדי להשתמש במיקרוסקופים ברזולוציה גבוהה. תהליך זה אינו יעיל להחריד; רק מיליון מיליון מהפוזיטרונים שורדים. לצורך נסיעות בחלל עלינו להגדיל את יעילות ההאטה בפקטור של אלף לפחות. לאחר ארבע שנים של עבודה קשה עם מלכודות אלקטרומגנטיות במעבדות שלנו, אנו נערכים ללכוד ולקירור של חמישה טריליון פוזיטרונים בשנייה בשנים הקרובות. היעדים לטווח הארוך שלנו הם חמישה טריליון רבע טריליון שניות. בקצב הזה נוכל להתדלק בטיסתנו הראשונה המונעת על ידי פוזיטרון לחלל תוך שעות ספורות. "
אמנם נכון שמנוע להשמדת פוזיטרון דורש גם דחף (בדרך כלל בצורה של גז מימן דחוס), כמות הדוח עצמה מצטמצמת לכמעט 10 אחוז מזו הנדרשת על ידי רקטה קונבנציונאלית - מכיוון שאין צורך בחמצון כדי להגיב עם הדלק. בינתיים, מלאכה עתידית עשויה למעשה להצליח להעביר דלק מהרוח השמשית והבינונית הבין-כוכבית. זה אמור גם להוביל להפחתה משמעותית במשקל השיגור של חללית כזו.
נכתב על ידי ג'ף ברבור
