宇宙船エンタープライズ、 「スター・トレック」シリーズのファンにはおなじみの、ワープ・ドライブと呼ばれる驚異的なテクノロジーを使用することになっています。反物質は、船の乗組員が銀河をワープして冒険するために必要なすべてのエネルギーを生成すると考えられています。当然、そのような発電所は SF の作品です。
しかし、反物質を含む概念が星間宇宙船に電力を供給するために使用できるのではないかと人々が疑問に思うほど、それは非常に有用であるように思われます。科学は非常に健全であることが判明しましたが、そのような夢の電源を使用可能な現実にするには、いくつかのハードルが確実に立ちはだかっています.
反物質とは？
エンタープライズの力の源は、物理学によって予測された単純な反応です。物質は、星、惑星、そして私たちの「もの」です。電子、陽子、中性子で構成されています。
反物質は物質の反対で、一種の「鏡」物質です。それは、個々に、陽電子 (電子の反粒子) や反陽子 (陽子の反粒子) など、物質のさまざまなビルディング ブロックの反粒子である粒子で構成されています。これらの反粒子は、反対の電荷を持っていることを除いて、ほとんどの点で通常の物質の対応物と同じです。それらがある種の部屋で通常の物質粒子と一緒にされることができれば、その結果、巨大なエネルギーが放出されるでしょう.そのエネルギーは、理論的には、宇宙船に電力を供給することができます.
反物質はどのように作られるのですか?
自然は反粒子を作りますが、大量ではありません。反粒子は、自然に発生するプロセスや、高エネルギー衝突における大型粒子加速器などの実験的手段によって作成されます。最近の研究では、反物質が嵐の雲の上で自然に生成されることが発見されました。これは、反物質が地球上および大気中で自然に生成される最初の手段です。
それ以外の場合は、超新星や太陽などの主系列星の内部などで、反物質を生成するために大量の熱とエネルギーが必要になります。私たちは、これらの大量の種類の融合プラントをエミュレートすることはできません.
反物質発電所の仕組み
理論的には、物質とそれに相当する反物質は一緒になり、その名前が示すようにすぐに互いに消滅し、エネルギーを放出します。そのような発電所はどのように構成されますか?
まず、膨大なエネルギーを必要とするため、非常に慎重に構築する必要があります。意図しない反応が起こらないように、反物質は磁場によって通常の物質とは別に封じ込められます。エネルギーは、原子炉が核分裂反応から消費された熱と光エネルギーを取り込むのとほぼ同じ方法で抽出されます。
物質反物質原子炉は、次善の反応メカニズムである核融合よりもエネルギーを生成するのに桁違いに効率的です。ただし、物質と反物質のイベントから放出されたエネルギーを完全に捉えることはまだ不可能です。出力のかなりの量がニュートリノによって運び去られます。ニュートリノはほとんど質量のない粒子で、物質との相互作用が非常に弱いため、少なくともエネルギーを抽出する目的では、捕獲することはほぼ不可能です。
反物質技術の問題
エネルギーを獲得することについての懸念は、仕事をするのに十分な反物質を得ることほど重要ではありません.まず、十分な反物質が必要です。原子炉を維持するための大量の反物質を入手することは、大きな困難です。科学者は、陽電子、反陽子、反水素原子、さらには数個の反ヘリウム原子に至るまで、少量の反物質を作成しましたが、それらは何かの多くに電力を供給するのに十分な量ではありませんでした.
エンジニアがこれまでに人工的に作成されたすべての反物質を収集した場合、通常の物質と組み合わせると、標準的な電球を数分以上点灯させるのに十分ではありません.
さらに、コストは信じられないほど高くなります。粒子加速器は、衝突で少量の反物質を生成するだけでも実行に費用がかかります。最良のシナリオでは、1 グラムの陽電子を生成するのに約 250 億ドルの費用がかかります。 CERN の研究者は、1 グラムの反物質を生成するために加速器を稼働させるには 100000 兆ドルと 1000 億年かかると指摘しています。
明らかに、少なくとも現在利用可能な技術では、反物質の定期的な製造は有望ではないように見えます。しかし、NASA は自然に生成された反物質を捉える方法を探しています。これは、銀河を移動する宇宙船に電力を供給する有望な方法になる可能性があります。
反物質の探索
科学者は、このトリックを実行するのに十分な反物質をどこで探すのでしょうか?ヴァン アレン放射線帯 (地球を取り囲む荷電粒子のドーナツ状の領域) には、かなりの量の反粒子が含まれています。これらは、太陽からの非常に高エネルギーの荷電粒子が地球の磁場と相互作用するときに作成されます。したがって、この反物質を捕獲し、船がそれを推進力として使用できるようになるまで、磁場の「ボトル」に保存することが可能かもしれません.
また、嵐の雲の上で反物質が生成されることが最近発見されたことで、これらの粒子の一部を捕獲して使用できるようになる可能性があります。ただし、反応は大気中で発生するため、反物質は必然的に通常の物質と相互作用し、おそらく捕獲する前に消滅します。
そのため、まだかなりの費用がかかり、捕獲の技術はまだ研究中ですが、地球上の人工的な創造物よりも低コストで、私たちの周りの空間から反物質を収集できる技術をいつか開発できるかもしれません.
反物質原子炉の未来
技術が進歩し、反物質がどのように作られるかをよりよく理解し始めるにつれて、科学者は自然に作られるとらえどころのない粒子を捉える方法を開発し始めることができます.したがって、SF で描かれているようなエネルギー源をいつの日か手に入れることは不可能ではありません。
-Carolyn Collins Petersen が編集および更新
