سفينه اي با سوخت ضد ماده

مدیران انجمن: javad123javad, parse

ارسال پست


مهمان

سفينه اي با سوخت ضد ماده

پست توسط مهمان »

دكتر اسميت : «تخمين ما از هزينه توليد ۱۰ميلي گرم پوزيترون كه براي رساندن سفينه از زمين به مريخ كفايت كند، چيزي در حدود ۲۵۰ ميليون دلار است.
اين مقدار ممكن است زياد به نظر برسد اما بايد آن را با هزينه ساخت و پرتاب سفينه اي با سوخت شيميايي (به ازاي هرپوندوزن۱۰،هزار دلار هزينه) و هزينه توليد سوخت هسته اي و ساخت راكتوري بي خطر براي سفينه هاي هسته اي مقايسه كرد




بسياري از سفينه ها در داستان هاي علمي- تخيلي از ضد ماده به عنوان سوخت استفاده مي كردند. زيرا ضد ماده قوي ترين سوخت شناخته شده در طبيعت است. در حالي كه براي سفر از زمين به مريخ چند تن سوخت شيميايي لازم است، تنها چند ميلي گرم از ضد ماده مي تواند ما را به مقصد برساند. اما در واقعيت اين سوخت معايبي نيز دارد. بعضي از فعل و انفعالات ضد ماده مقادير زيادي پرتو گاما ايجاد مي كند. اين پرتوها در ماده نفوذ كرده و مولكول هاي سلول هاي زنده بدن انسان را از هم مي پاشند. در نتيجه وجود اين پرتوها در محيط بسيار مضر است. پرتوهاي پرانرژي گاما همچنين مي توانند اتم هاي مواد سازنده موتور سفينه را بشكافند. مؤسسه مفاهيم پيشرفته ناسا (Nasa Institue For Advanced Concepts)با سرمايه گذاري بر روي تحقيقي جديد، در حال تلاش براي ساخت نوعي سفينه با سوخت ضد ماده است كه پرتوهاي گاما با انرژي بسيار كم توليد كرده و ضرري براي انسان نداشته باشد.
با آن كه ضد ماده از نظر ظاهر كاملاً شبيه به ماده است، بسياري از خواص مهم آن با ماده تفاوت دارد. براي مثال، الكترون ها در ماده بار منفي دارند. اما در پاد ماده اين ذرات درست بر عكس ماده بوده و بار مثبت دارند. به همين دليل دانشمندان اين ذرات را پوزيترون (Positron) مي نامند. هنگامي كه ماده و ضد ماده با يكديگر برخورد كنند، هر دو تبديل به انرژي مي شوند. اين تبديل كامل به انرژي، منشا قدرت بسيار زياد ضد ماده است. اين نوع تبديل به انرژي در طبيعت بي نظير است. حتي در واكنش هاي هسته اي كه در بمب هاي اتمي اتفاق مي افتند، تنها سه درصد ماده تبديل به انرژي مي شود. در طرح هاي گذشته از سفينه هايي با سوخت ضد ماده، براي توليد انرژي از پاد پروتون ها (ذراتي مانند پروتون با بار منفي كه در هسته اتم هاي ضد ماده قرار دارند) استفاده مي شد كه اين ذرات، پرتوهاي گاما با انرژي بسيار زياد توليد مي كردند. اما در طرح جديد، با استفاده از تبديل پوزيترون ها به انرژي، پرتوهاي گاما با انرژي معادل ۴۰۰ برابر كمتر از حالت قبل ايجاد مي شوند.
اين تحقيق، مطالعه اوليه اي براي آزمايش عملي بودن اين طرح است. اگر اين طرح عملي باشد و بودجه لازم براي تكميل پروژه در دست باشد، سفينه اي با سوخت پوزيترون در عمليات سفر انسان به مريخ بر ديگر سفينه ها ، دو برتري بسيار مهم دارد. دكتر جرالد اسميت، سرپرست گروه تحقيقاتي سفينه ضد ماده، مي گويد: «اولين و مهم ترين مزيت، امن تر بودن سفر با سفينه پوزيترون (سفينه اي كه با سوخت پوزيترون حركت مي كند) است.» در طرح فعلي سفر انسان به مريخ ، در سفينه فضايي مورد نظر از راكتور هسته اي استفاده مي شود كه اين كار طول سفر و خطرات موجود براي سرنشينان را كاهش مي دهد. همچنين سفينه هاي عادي (با سوخت شيميايي) هزينه و وزن بيشتري دارند. اما عيب سفينه اي با سوخت هسته اي، پيچيده بودن راكتورهاي آن است كه باعث مي شود احتمال بروز مشكل در طول سفر بسيار بيشتر گردد. اسميت مي گويد: «سفينه با سوخت پاد ماده همان مزاياي راكتور هسته اي را داراست علاوه بر اين كه طرز كار آن بسيار ساده است.» يكي ديگر از معايب سفينه هاي راكتوري آن است كه راكتورهاي هسته اي، حتي پس از آن كه سوخت آنها تمام مي شود، راديواكتيو بوده و بسيار خطرناكند. به همين دليل پس از آن كه سفينه به مريخ برسد، راكتور بايد در مداري به دور مريخ رها گردد به طوري كه تا چند ميليون سال آينده (زماني كه اثرات راديواكتيوي آن تقريباً به طور كامل از بين برود) با زمين برخورد نكند. سفينه اي با سوخت ضد ماده اين عيب مهم را ندارد چون راكتور پوزيتروني (دستگاهي كه در آن پوزيترون به انرژي تبديل مي شود)، پس از آن كه سوخت به اتمام برسد، ديگر تشعشعات مضري تابش نمي كند و در نتيجه نگراني براي ورود آن به جو زمين وجود ندارد.



پرتاب سفينه پوزيتروني نيز بسيار بي خطر است. اگر سفينه حامل راكتور هسته اي منفجر شود، ذرات راديواكتيو آن به جو زمين مي رسد. اسميت مي گويد: «اما سفينه پوزيتروني ما پس از انفجار تنها مقاديري پرتو گاما را در فضا پخش خواهد كرد كه تا شعاعي در حدود يك كيلومتر مي رسند. اين منطقه به شعاع يك كيلومتر كه منطقه خطر (منطقه اي در اطراف سفينه كه در صورت انفجار آن در معرض خطر شديد قرار مي گيرد) ناميده مي شود ، در سفينه هاي بزرگ با سوخت شيميايي نيز در همين اندازه است (كره اي از آتش به دور اين نوع سفينه ها تشكيل مي شود).»
مزيت بزرگ ديگر، سرعت اين نوع سفينه هاست. يكي از مهندسان پروژه سفينه پوزيتروني مي گويد : «طراحي هاي پيشرفته ما نشان مي دهد كه سفينه پوزيتروني مي تواند به جاي ۱۸۰ روز (مدت زماني كه سفينه هاي فعلي تا مريخ طي مي كنند)، در نصف اين مدت يا حتي كمتر از آن و در ۴۵ روز به مريخ برسند.» موتورهاي پيشرفته، سرعت خود را با گرم شدن موتور افزايش مي دهند. اين كار باعث مي شود تا كارآيي يا تكانه مخصوص (Specific Impulse) آنها افزايش يابد. هر چه تكانه مخصوص بيشتر باشد، سفينه مي تواند قبل از آن كه سوخت خود را به اتمام برساند، با سرعت بيشتري حركت كند. بهترين سفينه هاي با سوخت شيميايي، تكانه مخصوصي در حدود ۴۵۰ ثانيه دارند.به اين معنا كه يك پوند (تقريباً نيم كيلوگرم) از سوخت آنها، نيرويي به مدت ۴۵۰ ثانيه به سفينه وارد مي كند. تكانه مخصوص هر راكتور هسته اي يا پوزيتروني در حدود ۹۰۰ ثانيه است.
مهمترين مسئله فني براي ساخت سفينه پوزيتروني، هزينه توليد پوزيترون هاست. اين ذرات به علت واكنش دادن با مواد، در اطراف ما بسيار كميابند. بر روي زمين، اين ذرات بايد در شتاب دهنده ها (دستگاه هاي عظيمي كه الكترون ها را به يكديگر مي كوبند) ايجاد شوند. اين دستگاه ها غالبا براي كشف نوع رفتار ماده و ضد ماده در مراحل اوليه جهان به كار مي روند اما مي توان از آنها به عنوان توليدكننده ضد ماده نيز استفاده كرد. دكتر اسميت مي گويد: «تخمين ما از هزينه توليد ۱۰ ميلي گرم پوزيترون كه براي رساندن سفينه از زمين به مريخ كفايت كند، چيزي در حدود ۲۵۰ ميليون دلار است.» اين مقدار ممكن است در ابتدا زياد به نظر برسد اما بايد آن را با هزينه ساخت و پرتاب سفينه اي با سوخت شيميايي (به ازاي هر پوند وزن۱۰،هزار دلار هزينه) و هزينه توليد سوخت هسته اي و ساخت راكتوري بي خطر براي سفينه هاي هسته اي مقايسه كرد.
اسميت مي گويد: «تجربه ما در مورد سفينه هاي هسته اي نشان مي دهد كه با تحقيقات بيشتر بر روي طرح جديد، هزينه ساخت سفينه هاي پوزيتروني به تدريج كاهش خواهد يافت.» مسئله ديگر نگه داشتن مقادير زيادي پوزيترون در فضايي كوچك است. از آنجا كه اين ذرات در برخورد با مواد عادي تبديل به انرژي مي شوند، نمي توان مثلاً آنها را در يك بطري نگه داشت. در نتيجه بايد از ميدان هاي الكتريكي و مغناطيسي براي محدود كردن و نگه داشتن پوزيترون ها استفاده كرد. دانشمندان اميدوارند كه با تحقيقات بيشتر و در برنامه هاي آينده، اين مشكل نيز به راحتي حل شود و ساخت اين سفينه امكان پذير گردد.
__________________

ارسال پست