Проблема физики и химии антивещества: возможности исследования свойств, поиска во вселенной, синтеза и применений (стр. 4 )

Аннигиляция электронно-позитронных пар происходит в результате электромагнитного взаимодействия преимущественно с испусканием двух аннигиляционных гамма-квантов с энергиями 0,511 МэВ. Время жизни позитрона в веществе в отношении двухквантовой аннигиляции по порядку величины близко 10-10 с.

Аннигиляция нуклонных пар в свою очередь происходит в результате сильного ядерного взаимодействия с испусканием в основном -мезонов, которые в свою очередь распадаются на жесткие гамма-кванты, -мезоны и нейтрино (антинетрино), -мезоны в свою очередь - на электрон (позитрон) и нейтрино либо антинейтрино. Среднее время жизни - мезонов составляет величину порядка 10-16 с, а - мезонов – 2,5·10-8 с. Среднее время жизни - мезонов равно 2,2·10-6 с. Таким образом, как показывают расчеты [58], основными продуктами распада нуклон-антинуклонных пар являются гамма-кванты, электроны и позитроны, электронные и мезонные нейтрино и антинейтрино, а также электроны, остающиеся при распаде - мезонов. Заметим, что средняя энергия гамма-квантов от распада - мезонов составляет величину 190 МэВ.

Для того, чтобы иметь возможность создавать аннигиляционные двигатели необходимо в своем распоряжении иметь антиводород (либо позитрон-антиводородную плазму) и водород. Проблема снабжения водородом космических кораблей может быть в принципе решена посредством улавливания водорода в космическом межзвездном пространстве специально устроенными ловушками. Запас водорода на борту корабля необходим лишь во время его старта и в процессе торможения.

Как же можно получить позитроны и антипротоны? Известно [58], что электронно-позитронные пары образуются в результате электромагнитного взаимодействия при действии жестких гамма-квантов на мишени, а антипротоны получаются в свою очередь при бомбардировке различных мишеней протонами с энергиями большими 5 ГэВ. Расчеты вероятностей образования электронно-позитронных пар и нуклон-антинуклонных пар приведены в [58]. Очень сложна проблема сбора и накопления античастиц. При 10 % сборе получаемых античастиц верхним пределом коэффициента преобразования затраченной энергии на производство античастиц является величина 10-5. Таким образом, аннигиляционное топливо очень дорого. Но здесь следует учесть одно важное обстоятельство. Аннигиляция представляет собой большой интерес как энергетический процесс, при котором выделяется максимальное количество энергии. Вся энергия покоя медленных аннигилирующих электронно-позитронных пар превращается в аннигиляционные гамма-кванты, а при аннигиляции пары нуклонов – превращается в кинетическую энергию конечных продуктов распада. В плотной среде заряженные мезоны тормозятся до распада, при этом на нейтрино приходится 10 % энергии аннигиляции. Остальные 90 % можно в принципе использовать в энергетических установках того или иного типа. Отметим, что в наиболее эффективной ядерной реакции T(dn)He4 выделяется всего 0,3 % энергии покоя, то есть почти в 300 раз меньше. Поэтому, как отмечается в [58], использование антивещества как аннигиляционного топлива сокращает необходимые запасы приблизительно в отношении 1 кг вместо 1 тонны. Так как к. п.д. преобразования затраченной земной энергии составляет величину порядка 10-5, то для получения антивещества необходимы огромные затраты энергии, на которые человеческая цивилизация на современном этапе пойти не может. Иное дело будет в случае, если удасться овладеть энергией термоядерного синтеза. Тогда будет иметься практически неограниченное количество энергии, часть которого можно использовать на синтез антивещества (прежде всего антиводорода) в количествах, необходимых для путешествий в дальнем космосе и межзвездных перелетов.

Конструкционное оформление аннигиляционных энргетических установок, методов хранения антивещества, сбора водорода в межзвездном пространстве и другие проблемы также, по-видимому, можно будет решить.

Приложение

1. оценки количества водорода (Н), которое возможно уловить в межзвездном пространстве при космических полетах

Исходные данные: 1) Концентрация атомов Н в межзвездном пространстве СН ~ 1 см-3; 2) время улавливания t ~ 1 год; 3)площадь створа улавливателя S ~ 108 cм2 = 104 м2 ; 4)Скорость V ® c = 3·1010 см/с.

Количество Н, улавливаемого за год, равно

NH = c·t·S = 3·1010 ·3,1·107· 108 = 9,3·1029 атомов Н.

Количество же атомов Н в весовых единицах в свою очередь равно

GH = 9,3·1029·1,67·10-24 = 1,55·106 г = 1,55 т.

2. Оценки мощности аннигиляционных источников энергии

Предположим, что запас антиводорода на борту космическеого корабля составляет такую же величину г. Какое же максимальное количество энергии может выделиться при аннигиляции 1,55 т и ?

дж.

Мощность аннигиляционных двигателей при равномерном расходовании этой энергии в течение 1 года составит величину

ватт,

или в лошадиных силах

л. с.

Список литературы

1.  , , Сажин ранней Вселенной. М.: Изд-во МГУ, 1988. 199 с.

2.  -Прокопьев. Особенности рождения ранних вселенных и позитронная аннигиляция // Вестник КазНУ, сер. Физ., 2003. Т.2(15). С.7-10.

3.  -Прокопьев. Возможная концепция Мирового Разума. Тезисы доклада. «Третья междисциплинарная (биология, медицина, физика, химия, математика, образование,…) конференция «Новые биокибернетические и телемедицинские технологии 21 века» («НБИТТ-21»). 21-23 июня 2004 г. Петрозаводск: ПетрГУ, 2004. С.48.

4.  О концепции Мирового Разума. М., 1982. С.118 - Деп. в ЦНИИ “Электроника”. Р-3475. МРС ВИМИ “Техника, технология, экономика”. №8. 1983. Сер.”ЭР”.

5.  -Прокопьев. О проблемe физики и химии антивещества и возможности его синтеза. Тезисы доклада. «Третья междисциплинарная (биология, медицина, физика, химия, математика, образование,…) конференция «Новые биокибернетические и телемедицинские технологии 21 века» («НБИТТ-21»). 21-23 июня 2004 г. Петрозаводск: ПетрГУ, 2004. С.49,50.

6.  E. P.Svetlov-Prokop’ev. Problem of physics both chemistry of antimatter and possibility of its synthesis. Тезисы докладов VIII Всероссийской конференции с международным участием «Решетневские Чтения». 11-12 ноября 2004, г. Красноярск. Сиб ГАУ им. акад. . Красноярск: СибГАУ, 2004. C.57.

7.  // УФН, 1998, т.168, №6, с.439-448.

8.  // УФН, 1998, т.168, №6, с.625-629.

9.  A. L.Alikhanov, et al. In: Proceedings of the 1960 annualinternational conference on high energy physics at Rochester. (Interscience Publishers, NY, 1960) vol.1, p.539.

10.  Vilenkin A. // Phys. Rev. D, 1986, v.33, p.3560 - 3567; 1988, v.37, p.888 - 894.

11.  Hartle J. B., Hawking S. // Phys. Rev. D, 1983, v.28, p.2960 -2972.

12.  Hosoya A., Morikawa M. // Phys. Rev. D, 1989, vol.39, p.1123..

13.  , // УФН, 2002, т.172, №1, с.67-83 (http://www.prokopep. narod. ru).

14.  Nagai H. // Progr. Theor. Phys. 1989, v.82, p.322-332.

15.  Познание сложного. Введение - М.: Мир, 1990. 342 с.

16.  // Письма ЖЭТФ, 1967, т.5, с.32.

17.  A. D.Dolgov, In: Proceedings of 14 th Remcontres de Blois: Matter-Anti-matter Assymetry, Chateau de Blois, 17-22 Jun. 2002, hep-ph/0211260.

18.  . Физика элементарных частиц. М.: Наука, 1973

19.  . Физика элементарных частиц и космология. М.: Наука, 1976

20.  Vilenkin A. // Phys. Rev. D, 1986, v.33, p.3560 - 3567; 1988, v.37, p.888 - 894.

21.  Galaktionov Yu. V. // Repts. Prog. Phys., 2002, v.65, p.1243.

22.  Plyaskin V. Phys. Lett. 2001, B516, p.213.

23.  // УФН, 1968, т.94, С.209.

24.  Dolgov A. D., Zel’dovich Ya. B. // Rev. Mod. Phys. 1981, vol.53, p.1.

25.  Linde A. D. // Phys/Rep. 2000, vol.333-334, p.575-591.

26.  Dolgov A. D. Nucl. Phys. ppl. 2001, vol.95, p.42-46.

27.  Dolgov A. D. Phase transition during inflation and chemical ingomogenous universe. Preprint hep-ph/0106030.

28.  Heinz S., Sunyaev R. A. //astro-ph/0204183.

29.  AMS collab., Alkaraz J. // Phys. Rep. 2002, vol. 355/6, p.331.

30.  . Фермионы и бозоны в сильных полях. М.: Наука, 1978.

31.  , // УФН. 1971. Т.105. С.403.

32.  , . Физика Плазмы для физиков. М.: Атомиздат, 1979.

33.  . О возможности анигиляционных источников энергии. Оборонный комплекс-научно-техническому прогрессу России. 2003. №2. С.10-14.

34.  . Получение интенсивных потоков позитронов и их применение. Оборонный комплекс-научно-техническому прогрессу России. 2003. №2. С.17-19.