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由于科学家们猜测在不久的将来,将取得可供工程学运用的反物质的量可到达1毫克水平,曩昔在科幻小说中描绘的那种能量高达核裂变反响1000倍的火箭——反物质推动火箭忽然披上了实际的颜色。一些国家的科研机构已开端研发反物质火箭。

什么是反物质火箭

构成国际的物质能够细分到原子。原子是由较重的原子核和电子构成的。以质子和中子组成的原子核坐落原子的中心,电子像云相同包围着原子。这些都称为基本粒子,物质国际是由它们组成的。

物理学上有对称的概念。例如,质子和电子就别离带着相同巨细的正电荷和负电荷,这是十分对称的。可是,令科学家困惑不解的问题是:质子的质量却是电子质量的1800倍,这是不对称的。一起,科学家们在研讨原子结构时,又遇到了“负能态空穴”难题,即依据原子理论核算,呈现了能量为负数的成果。这个“负能态空穴”又是怎么发作的?

直到1933年美国物理学家安德逊发现了反电子,这个问题才得到初步处理。人们逐步认识到,在那些基本粒子中,还存在一种彻底对称的“反”基本粒子!带正电荷的电子对称存在质量持平的带负电荷的反电子;带正电荷的质子对称存在质量持平的带负电荷的反质子;中子对称存在反中子。

可是,这些反粒子只能存在于世界射线中,不能在自然界中存在。科学家们经过加速器高能试验的办法,能够人工生成极少量且只能在极短的时刻存在的反粒子。

反粒子或反粒子组成的反物质不能存在于咱们周围是有道理的。由于一般粒子和反粒子(或一般的物质和反物质)一旦触摸,两者就会瞬间消除,悉数质量转化为光之类的能量,这种反响称为双消除反响。据科学家们估测,世界大爆炸时,每生成300亿颗反粒子,就会一起发作300亿零1颗正粒子。在大爆炸发作后的百万分之一秒内,正反粒子因发作双消除反响,彼此湮灭了,而剩下的便是多出的那一丁点儿正物质。这小小的剩下(其实总正粒子数仍反常巨大)演变成如今咱们熟知的世界。

正反粒子双消除反响的现实使得闻名的爱因斯坦方程式E=mc2(能量=质量×光速度的平方)彻底得到证明。这个反响放出的能量适当于核裂变反响的1000倍,假如把这种巨大的能量用于火箭推动,就能够成为反物质火箭。

太空游览需求反物质火箭

前期的火箭燃料推动体系是固体火箭发动机,运用的是固体燃料推动剂,后来由于固体推动剂功能低,发作推力小,改为用液体火箭发动机为动力。所用的液体燃料有火油和液氧、酒精和液氧、液氢和液氧等。可是,怎么削减火箭燃料本钱和燃料分量成为航天科学家亟待处理的问题之一。由于减轻起飞分量和燃料本钱即意味着大大下降费用。而反物质火箭恰恰能够做到这一点。与国际第一枚液体火箭V-2火箭重达8.5吨的燃料比较,反物质火箭仅需1毫克反物质就能够把火箭送上天,两者真可谓天殊地别!

自从1996年1月4日,欧洲核子研讨中心宣告在国际上初次成功合成了“反物质”(它是9个由1个反质子和1个反电子构成的反氢原子)后,“反物质推动”就被日本列入文部省世界科学研讨所的研讨项目之一。“反物质推动”的研讨已不再是理科的研讨项目,而作为工科的研讨课题步入实践;同年11月,美国费米试验室又宣告他们运用国际上能量最大的质子——反质子对撞机制作出7个反氢原子。

实际上,反物质推动早已作为载人火星勘探器推动动力的一种方式而开端研讨了。不仅是核动力推动,包含反物质推动在内的未来变革型推动动力,都已列入载人火星勘探的研讨之中。人类对世界的方针是太空游览、探究世界本相,它需求以挨近光速的速度络绎于世界之间,就现在人类的技术水平来看,选用反物质推动是能到达该速度的专一手法。

反物质能量巨大

现在火箭推动运用的是化学燃料,它能变换成能量的质量不过是总质量的十亿分之一左右。咱们知道氢弹的威力——那是把作为核炸药的氢的0.7%转化的能量的成果。假如悉数氢都转化为能量,一颗相同巨细的氢弹的破坏力将是上述情况的140倍!假如运用反物质,就能到达百分之百转换成能量的意图。1毫克反物质(反氢燃料)与一般物质(氢然料)反响时放出的能量,适当于10吨液态氧和液态氢燃料。

据航空专家说,反物质火箭发动机选用等离子体中心型引擎最为适宜。假如研发成功,吨重的深测器,以光速1/10的巡航速度飞往间隔地球4.3光年的恒星半人马座X星,只需求4吨液态氢和80公斤的反物质。

科学家还幻想用反物质来为日常日子供给动力,据核算,500克反物质和500克物质相遇而湮灭释放出来的能量,适当于260多亿千瓦的电能。国际上最大的三峡水电站建成并到达总装机容量1802万千瓦之后,有必要昼夜不停地工作两个月,才干发作与之适当的电能。

反物质容器

可是,反物质与物质一旦触摸就会彻底消失,所以它不能放人一般燃料运用的那种物质容器中。那么,除了一般物质,人们还能用什么来制作容器呢?这个天大的难题已被科学家处理。现在科学家们现已制作出了能将反质子储存两个月之久的收集器,这便是“彭宁收集器”。

“彭宁收集器”是荷兰科学家彭宁于1936年创造的,它的奥妙是运用电磁场而不是一般容器那种巩固的外壁来约束和揉捏其内的粒子。这个电磁场使一般电子的工作速度下降到几乎是停止的状况,或许说是“镇定”下来,然后再把反质子送进收集器。当反质子经过一大群“冷”电子时,它们也会慢下来。这有些像一个滚木经过一堆停止的乒乓球时会逐步减慢而停下相同。

当然,到达这个水平距实用阶段还差很远很远。现在,最先进的反质子收集器还只能储存72.1万个反质子,而质子的质量为1吉电子伏,即约五亿亿亿万分之一克。想象中的反质子火箭需反质子1毫克,也便是需求50万亿亿个反质子。所以,即便正在制作的能装10亿反质子的收集器取得成功,这仍是一个容量极小的容器。

信任在不久的将来,反质子火箭会使得人类的太空之旅不是梦!

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