Annihiláció
Itt könnyű dolgom lesz, mivel a tudományos-fantasztikus irodalom és a kutatók is már régóta foglalkoznak az annihilációs hajtóművek (ismertebb nevén fotonhajtóművek) gondolatával.
Az annihiláció (megsemmisülés) az az esemény, amikor egy elemi részecske az antirészecske-párjával találkozik, mindkettő megsemmisül, és a tömegüknek megfelelő energia fotonok formájában távozik.
A megsemmisüléskor E = 2 · m · c² energia sugárzódik ki, ahol „m” az anyagrészecske vagy antianyagrészecske tömege (mivel a kettő egyenlő).
Az annihiláció energiaforrásként való felhasználásával régóta foglalkoznak, mivel ez a jelenleg ismert leghatékonyabb energiaátalakítási módszer, ahol a legkisebb fűtőanyagtömegből a legnagyobb energiamennyiség nyerhető ki.
Proton – Antiproton annihiláció
Tömegarányosan a proton-antiproton annihiláció 134-szer hatékonyabb a magfúziónál.
1956-ban a Berkley egyetemen először észlelt proton-antiproton annihiláció
Mivel az antiproton tömege 1.6·10⁻²⁷kg, és a fúzió begyújtásához 420 MJ energiára lenne szükségünk, az E = 2 · m · c² egyenletet átrendezve megkaphatjuk a szükséges antiproton mennyiségét;
420·10⁶ J = 2 · m · (3·10⁸ m/s)²
m = 2.3·10⁻⁹ kg = 2.3µg
1959-ben épült Protonszinkrotron, a CERN Genfi telepén
A Protonszinkrotron 26 GeV-re gyorsított protonokat állít elő, amelyeket egy irídium céltárgyba ütköztetve nagyon sok részecske keletkezik, ezek közül kell kiválogatni az antiprotonokat, amelyek az elfogásukhoz túl nagy sebességgel (energiával) rendelkeznek, és túlzottan nagy a nyaláb átmérője és széttartása.
2000 júliusában üzembe állt Antiproton-lassító (AD – Antiproton Deccelerator) a CERN-ben.
Az Antiproton-lassító lelassítja az antiprotonokat 3.57 GeV/c-ről 100 MeV/c-re, eközben sztochasztikus hűtést és elektronhűtést alkalmaz a nyalábméret és az impulzusszórás csökkentése céljából.
300s alatt, a felgyorsított 5·10¹³ protonból csak 1.5·10⁸ antiproton marad a folyamat végére.
A lelassított antiprotonokat Penning csapdában gyűjtik 50%-os eredményességgel, így végül 7.5·10⁷ darab antiproton kerül tárolására 5 perc alatt.
A Penning csapdákat számos laboratóriumban használják világszerte, beleértve a CERN-t is, antianyagok, például antiprotonok tárolására.
Penning csapda felépítése (balra), illetve ábrázolása Dan Brown „Angyalok és Démonok” című könyvéből (jobbra)
A Penning-csapda a töltött részecskék (sötétkék) tárolására szolgáló eszköz homogén axiális mágneses mező (zöld nyíl - B) és egy inhomogén kvadrupólos elektromos mező (piros nyilak - E) felhasználásával.
Maga a csapda 32mm hosszú, és 2.5mm átmérőjű, és 7.5·10⁷ antiproton tárolására alkalmas, amit a CERN Antiproton-lassító 5 perc alatt tud megtölteni.
Ez folyamatos működést feltételezve éves szinten 7.5·10⁷ · 12 · 24óra · 365nap = 7.8·10¹² darab antiprotont jelent.
Mivel az antiproton tömege 1.6·10⁻²⁷kg, így megkaphatjuk a CERN Antiproton-lassító elméleti éves termelési mennyiségét;
7.8·10¹²db · 1.6·10⁻²⁷kg/db = 1.26·10⁻¹¹ gramm, 0.01ng (egy század nanogramm)
A Chicago melletti Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory) elvileg képes évente 2ng antiproton előállítására.
Mivel egy negyedik generációs nukleáris fegyver DT gáz fúziójának begyújtásához 2.3µg antiprotonra lenne szükség, és a Fermilab csak 2ng állít elő évente, így az antianyag termelést legalább három nagyságrendben lenne szükséges növelni.
Persze ha az alapvetően a tudományt szolgáló kísérleti gyorsító helyett jelentős költségen egy dedikált antiproton termelő üzemet építenének, akkor elvileg nem lehetetlen elérni az évi pár gramm mennyiségű antianyag termelést sem.
Jövő héten a folytatásban a korábban kimaradt kis kaliberű töltetek következnek.