Антивещественное оружие - Antimatter weapon

Антивещество
PositronDiscovery.jpg
Оружие массового поражения
WMD world map.svg
По типу
По стране
Распространение
Договоры

An оружие на антивеществе это теоретически возможное устройство, использующее антивещество в качестве источника питания пропеллент, или взрывчатое вещество для оружие. Оружие на антивеществе пока не может быть произведено из-за нынешних затрат на производство антивещества (оценивается в 62 триллиона доллары на грамм), учитывая чрезвычайно ограниченные технологии, доступные для создания его в достаточной массе, чтобы его можно было использовать в качестве оружия, и тот факт, что он аннигилирует при прикосновении к обычной материи, что очень затрудняет сдерживание.

Главным преимуществом такого теоретического оружия является то, что столкновения антиматерии и вещества приводят к их совокупному эквивалент энергии массы выделяется в виде энергии, которая как минимум на два порядка больше, чем выделение энергии наиболее эффективных термоядерное оружие (100% против 0,4-1%).[1] Аннигиляция требует и преобразует точно равные массы антивещества и материи за счет столкновения, которое высвобождает всю массу-энергию обоих, что на 1 грамм составляет ~ 9 × 1013 джоули. Используя соглашение, что 1 килотонна Эквивалент в тротиловом эквиваленте = 4.184×1012 джоулей (или один триллион калорий энергии), полграмма антивещества, реагирующего с половиной грамма обычного вещества (всего один грамм), дает 21,5 килотонн-эквивалента энергии.[2]

Получение и хранение антивещества

Производство и удержание антивещества в настоящее время являются непреодолимыми препятствиями (из-за текущих технологических ограничений) для создания оружия из антивещества. Количества, измеряемые в граммах, потребуются для достижения разрушительного эффекта, сопоставимого с обычным ядерным оружием.

В настоящее время некоторые известные физические реакции образования антивещества включают: ускорители частиц или бомбардировка частицами, но оба в настоящее время крайне неэффективны и чрезмерно дороги. Мировая скорость производства в год составляет всего от 1 до 10 нанограмм.[3] В 2008 году годовое производство антипротоны на установке «Антипротонный замедлитель» г. ЦЕРН составило несколько пикограмм стоимостью 20 миллионов долларов США. Таким образом, при нынешнем уровне производства эквивалент 10Mt водородная бомба, для производства около 250 граммов антивещества потребуется 2,5 миллиарда лет производства энергии всей Землей.[4] Для производства миллиграмма антивещества потребуется 100000-кратная годовая скорость производства (или 100000 лет).[5] Например, эквивалент Атомная бомба Хиросимы потребовалось бы полграмма антивещества, но ЦЕРНу потребуется два миллиона лет для его производства при нынешних темпах производства.[4]

С момента первого создания искусственных антипротонов в 1955 году скорость производства увеличивалась почти геометрически до середины 1980-х; Значительный прогресс был достигнут недавно как сингл антиводород атом был создан подвешенным в магнитном поле. Физические законы, такие как малое сечение образования антипротонов в ядерных столкновениях при высоких энергиях, делают чрезвычайно трудным повышение эффективности производства антивещества с учетом современных технологий.

Последние достижения и физические препятствия

Исследования, проведенные в 2008 году, резко увеличили количество позитроны (антиэлектроны), которые могут быть произведены. Физики на Национальная лаборатория Лоуренса Ливермора в Калифорнии использовали короткий сверхинтенсивный лазерный импульс для облучения золотой мишени миллиметровой толщины, которая произвела более 100 миллиардов позитронов.[6][7][8]

Даже если бы можно было преобразовать энергию напрямую в пары частица / античастица без каких-либо потерь, крупномасштабный электростанция генерируя 2000МВт Чтобы произвести всего один грамм антивещества, потребуется 25 часов. Учитывая, что средняя цена на электроэнергию составляет около 50 долларов США за мегаватт-час, это устанавливает нижний предел стоимости антивещества на уровне 2,5 доллара. миллион за грамм.[9] Они предполагают, что это сделало бы антивещество очень экономичным в качестве ракетного топлива, поскольку всего одного миллиграмма было бы достаточно, чтобы отправить зонд в Плутон и назад через год, миссия, которая была бы совершенно недоступна с обычным топливом. Для сравнения стоимость Манхэттенский проект (для производства первой атомной бомбы) оценивается в 23 миллиарда долларов США в ценах 2007 года.[10] Однако большинство ученых сомневаются в возможности достижения такой эффективности.

Вторая проблема - это удержание антивещества. Аннигилирование антивещества с обычным веществом при контакте, поэтому необходимо предотвратить контакт, например, путем производства антивещества в виде твердых заряженных или намагниченных частиц и их суспендирования с помощью электромагнитные поля в почти идеальном вакууме. Очевидное решение - удержать заряженный объект внутри одинаково заряженного контейнера - невозможно, поскольку электрическое поле внутри однородно. По этой причине необходимо иметь заряженные объекты, движущиеся относительно контейнера, которые могут быть ограничены в центральной области магнитными полями; например, в виде тороида или ловушки Пеннинга (см. ниже).

Для достижения компактности при макроскопическом весе общий электрический заряд ядра оружия на антивеществе должен быть очень мал по сравнению с количеством частиц. Например, невозможно создать оружие, используя одни только позитроны, из-за их взаимного отталкивания. Ядро оружия на антивеществе должно состоять в основном из нейтральных античастиц. Чрезвычайно небольшое количество антиводород были произведены в лабораториях, но содержат их (путем охлаждения до температур в несколько милликельвины и заманивая их в ловушку Ловушка Пеннинга ) крайне сложно. И даже если бы эти предложенные эксперименты были успешными, они бы улавливали только несколько атомов антиводорода для исследовательских целей, чего слишком мало для оружия или двигателей космических кораблей. Более тяжелые атомы антивещества еще предстоит произвести.

Сложность предотвращения случайной детонации оружия на антивеществе можно сравнить с трудностью ядерного оружия. А ядерное оружиебезотказный ', оружие на антивеществе по своей сути'безотказный ': В оружии из антивещества любой отказ сдерживания немедленно приведет к аннигиляции, которая повредит или разрушит систему сдерживания и приведет к высвобождению всего материала антивещества, в результате чего оружие взорвется полностью с полной мощностью. Напротив, современное ядерное оружие взорвется со значительной мощностью, если (и только если) ядерный спусковой механизм срабатывает с абсолютной точностью, в результате чего нейтронный источник полностью высвобождается (<микросекунд). Короче говоря, оружие на антивеществе необходимо активно предохранять от детонации; в то время как ядерное оружие не будет, если оно не будет сделано специально.

Расходы

По состоянию на 2004 годстоимость производства одной миллионной грамма антивещества оценивалась в 60 миллиардов долларов США.[11]

Меньшее оружие более экономично: современный MK3 ручная граната содержит 227 г TNT.[12] Одна миллиардная грамма позитронов содержит столько же энергии, сколько 37,8 килограмма (83 фунта) тротила,[11] стоимость «ручной позитронной гранаты» 2004 г. (10 триллионная грамма антивещества, эквивалент 378 г в тротиловом эквиваленте), которую можно было бы разместить в снайперский пуля 600 000 долларов США. Это исключает стоимость устройства микроизоляции, если такое возможно.[оригинальное исследование? ]

Катализируемое на антивеществе оружие

Катализируемый антиматерией ядерный импульсный двигатель предлагает использовать антивещество в качестве «спускового крючка»[13] инициировать малые ядерные взрывы; взрывы обеспечивают тягу космического корабля. Теоретически можно было бы использовать ту же технологию для производства очень маленьких и, возможно, "свободных от деления" (очень низких радиоактивные осадки ) оружие (см. чисто термоядерное оружие ).[14][15] Оружие, катализируемое антивеществом, могло бы быть более избирательным и приводить к менее длительному загрязнению, чем обычное ядерное оружие, и поэтому его применение могло бы быть более политически приемлемый.

Рекомендации

  1. ^ «Термоядерное топливо». атомные ракеты. Получено 2020-03-05.
  2. ^ «Антивещественное топливо». атомные ракеты. Получено 2020-03-05.
  3. ^ «Производство антивещества для краткосрочных двигателей» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2007-03-06. Стоимость производства больших количеств антивещества (т. Е. В масштабе грамма или выше) с использованием существующих мощностей чрезвычайно высока.
  4. ^ а б "Ангелы и демоны". ЦЕРН. Архивировано из оригинал на 2012-01-05.
  5. ^ Антиматерия FAQ В архиве 2011-03-21 на Wayback Machine
  6. ^ Бланд, Э. (1 декабря 2008 г.). "Лазерная техника производит массу антивещества". Новости NBC. Получено 2009-07-16. Ученые LLNL создали позитроны, выстрелив мощным лазером Titan в кусок золота толщиной в один миллиметр.
  7. ^ «Лазеры создают миллиарды частиц антивещества». Космос Онлайн. В архиве из оригинала от 22.05.2009.
  8. ^ «В лаборатории созданы миллиарды частиц антиматерии». Национальная лаборатория Лоуренса Ливермора. В архиве из оригинала от 10.03.2016. Получено 2016-03-09.
  9. ^ «Управление энергетической информации США (EIA)». www.eia.gov. В архиве с оригинала 28 января 2018 г.. Получено 4 мая 2018.
  10. ^ «Манхэттенский проект». В архиве из оригинала 28 декабря 2014 г.. Получено 17 января 2015.
  11. ^ а б «Военно-воздушные силы занимаются разработкой оружия на антивеществе / Программа была разрекламирована публично, затем был издан официальный приказ о замалчивании». Хроники Сан-Франциско. В архиве из оригинала 29 декабря 2014 г.. Получено 17 января 2015.
  12. ^ Докери, Кевин (2004). Оружие морских котиков. Нью-Йорк: Издательская группа Беркли. п. 237.
  13. ^ «Оружие из антивещества». cui.unige.ch. В архиве из оригинала 24 апреля 2013 г.. Получено 4 мая 2018.
  14. ^ Рэмси, Сайед (12 мая 2016 г.). Инструменты войны: история оружия в наше время. Vij Books India Pvt Ltd. ISBN  9789386019837. В архиве из оригинала 16 августа 2017 г.. Получено 4 мая 2018 - через Google Книги.
  15. ^ "Подробная информация о термоядерных бомбах, запускаемых антивеществом - NextBigFuture.com". nextbigfuture.com. 22 сентября 2015. В архиве из оригинала 22 апреля 2017 г.. Получено 4 мая 2018.

внешняя ссылка