Антиматерия это оружие. Продолжение

Производство первых антипротонов

Вы читаете продолжение.  Начало здесь
Антиматерия это оружие. Исторически, первое antiparticle всегда наблюдалось было антиэлектрон, также называется позитрон. Он был обнаружен в 1932 году Карл Дэвид Андерсон, который при наблюдении космического излучения, заметил частица той же массы, что и электрон, но противоположного заряда.

Очевидно, что было сделано много попыток, чтобы обнаружить антипротон, используя тот же метод, но без успеха.

С детекторами имеющимися на том время и зная только его массу и электрический заряд, оно было практически невозможно отождествить с какой-либо certitude antiproton внутри космической радиации. Его нужно было производить искусственно. Для что ускоритель, гораздо мощнее чем что-нибудь накопилось до то время было необходимо. антиматерия это оружие

Вкратце, это то, как производится антиматерия: протоны ускоряются близко к скорости света, а затем проецируется на цель.

Последовавшее столкновение настолько жестоко, что часть энергии трансформируется в пары частица-античастица. Когда-то этот ускоритель был построен в 1955 году в Беркли, antiprotons были «замечены» впервые. антиматерия это оружие

Путем впрыскивать их в детектор жидкостного водорода заполненный, энергия освобожденный во взрывном столкновении антипротон и Протон, было замечено, чтобы рематериализоваться в разброс других частиц, существенно пионы, отстреливаясь во всех направлениях, и унося с ними большая часть уничтожающей энергии. 

Но Эдвард Теллер и его ученик Ханс-Петер Дюрр не останавливаться на достигнутом [6].

В 1956 году они выдвинули гипотезу: если вместо аннигилируя простым ядром водорода, антипротон аннигилирован протоном или нейтроном, расположенным в сложный атом, как углерод или уран, ядро в вопросе буквально взорвется. антиматерия это оружие

Это привело бы к очень большой местной низложение энергии, таким образом принося к свету снова, в теории, много гражданские и военные применения антиматерии. 

Тридцать лет прошло перед комплексом машин, необходимых для накопление и замедление антипротонов было задумано. Только система такого типа в мире [7] находится в ЦЕРНЕ (Рис.1).

antimatter weapons

Портативная антиматерия

Antiprotons произведенное на CERN может быть «разлито по бутылкам» в ловушке Пеннинг, и Отправлено поверхностью или воздушной почтой в промышленную или военную лабораторию. Самый большой компонент в этой «бутылке» находится жидкий азот Дьюара, необходимый для охлаждения сама ловушка Пеннинга, расположенная в нижней части оборудования, на высоте антипротонной системы впрыска/извлечения. антиматерия это оружие

Наконец, можно было крупномасштабная встреча антипротонов с ядрами.

В результате, оно удалось продемонстрировать, что осаждение энергии, хотя меньше, чем Teller (или другие более недавно [8]) надеялась для, достаточен для того чтобы убедить осуществимости воиск применение антиматерии.

С другой стороны, должный к свое очень высокому цена и преогромное количество энергии необходимо для того чтобы произвести ее, она имеет также становится ясно, что антиматерия никогда не может стать полезным источником энергии для электростанции. 

Благодаря результатам CERN мы смогли опубликовать в августе 1985, оценка количества антипротонов, необходимых для начала термоядерные реакции, быть им для того чтобы воспламенить H-бомбу или вызвать микроразрыв термоядерной топливной гранулы [9]. антиматерия это оружие

Мы таким образом обнаружили, что можно построить H-бомбу или нейтронную бомбу, в котором три-пять кг плутония заменяются на один микрограммы антиводород.

В результате получилась бы бомба так называемая «чистые» военные, то есть оружие практически бесплатно радиоактивных выпадений, из-за отсутствия расщепляющихся материалов (Инжир.2).

Антиматерия - оружие

Рисунок 2 :

Антивещество водородная бомба

Можно построить термоядерное оружие, в котором от трех до четырех килограммов плутоний, необходимый для воспламенения, заменяется на микрограмм антиводорода.

В этой гипотетической бомбе антиматерия находится в центре в виде гранулы десятой мм в диаметре. Он окружен и изолирован от термоядерного топлива (на 100 г полая сфера Юи2ДТ).

После взрыва, топливо приходит в контакт с антиводородом. антиматерия это оружие

Начало реакций аннигиляции самопроизвольно, обеспечивающ энергию для того чтобы воспламенить термоядерное топливо. Если выбранная степень сжатия высокая, бомба с получены увеличенные механические влияния, и если он низок, то а нейтронная бомба (см. Ла Решерш сентября 1983 года).

В обоих случаях электромагнитное влияние импа ульс и радиоактивные падения существенно ниже, чем у обычной A-или H-бомбы той же урожайности (1 kt).

Возрожденный военный интерес


Чтобы такое военное использование было реалистичным, технология, способная производить достаточные antiprotons для хотя бы одного пуска antimatter в нужен день.

Это соответствует минимальной производительностью 1013 антипротоны в секунду, на шесть порядков больше, чем у ЦЕРН сегодня (107 антипротонов в секунду). Но, в теории, существует многочисленные способы увеличения этого показателя [9].

Чего мы не знали, так это лето 1983 года корпорация Rand носили из исследования для ВВС США, » изучение возможностей для использование высокого выброса энергии из материи-антивещества уничтожение» [10]. Похожие в Советском Союзе также возникли проблемы [11]. Исследование RAND было завершена в 1984 году.

Версия, опубликованная в 1985 году, серьезная оценка возможностей развития в связи с военным применением. 

Согласно этому документу, возможность производить и манипулировать 1013 антипротонов в секунду, и конструкция переносимых antiproton резервуаров, быть реализованными в течение следующих пяти-семи лет; технологические проблемы могут быть изучены с обычными частицы вместо антипротонов.

В этом же докладе говорится о четырех основных категория приложений:

  • ‘propulsion’ (топливо для сверхбыстрых противоракетные ракеты)
  • «электрогенераторы» (легкие и ультра-компактные для военных платформ на орбите)
  • ‘направленной энергии оружия (антиводорода лучи или нагнетенные лазеры полагаясь на очень короткой энергии продолжительности выпускать)
  • «»дополнительные специальные оружие роли » (различные бомбы, вызванные антивещества)

В дополнение к преимуществам отнесенным к своей весьма высокой энергии плотность и легкость зажигания, аннигиляция имеет два важных характеристики:

высвобождение энергии в материи-антивеществе взрыв чрезвычайно быстрый (в десять-тысячу раз короче, чем ядерный взрыв), и большая часть энергии испущена в форме очень энергичные легкие заряженные частицы (отношение энергии к массе тот пионы испущенный в аннигиляции в две тысячи раз выше соответствующего продукты реакции деления или синтеза).

С помощью магнитным полям, очень интенсивный пион балки могут быть созданы, в порядке 100 мега-амперы на микрограммы антипротонов. антиматерия это оружие

Такие лучи, если сразу вдоль оси адекватного прибора, смогите управлять а магнитогидродинамический генератор, генерирующий пучок электромагнитных волны, запускают цилиндрический термоядерный взрыв или мощный рентгеновский лазер.

В последнем случае, например, pions’ энергия смогла быть использована для того чтобы преобразовать в очень равномерной плазме, длинном цилиндр вещества, такого как селен, чьи ионизированные атомы имеют возбужденные состояния благоприятные к самопроизвольно излучению и усиление когерентных рентгеновских лучей.

Но это только один из многих концепции, позволяющие благодаря антиматерии создавать рентгеновские лазеры иметь эффективности 10 к тысяче временам более высоко чем нагнетенные те любыми другими известными источниками энергии. 

Определенное количество экспериментов, которые можно провести только с антиматерия, необходимы для совершенствования этих приложений.

Пока антипротоны сделаны в Европе (на швейцарской территории), смогл быть разлито по бутылкам и принесено назад к Соединенные Штаты, Рэнд Корпорация заключает что а производственная / накопительная установка, например, в ЦЕРН, хотя желательно, бы не в ближайшее время должны быть построены в США [12]
 

Фундаментальный исследования или военные исследования?


С учетом его значительного стратегического потенциала (например, antimatter кажется, что будет в частности интересным источником насоса для тот Рентгеновские Лазеры звездной войны), совсем не удивительно, что Советский и американские ученые, заинтересованные в возможных антиматерия жаждет прийти в ЦЕРН, который в настоящее время имеет по крайней мере пятилетнее лидерство в технологии антиматерии.

В этом контексте, оно также было бы неудивительно, если бы была совершена ошибка… 

По сути, для команд американских физиков, идущих из оружия лаборатории, официальное обоснование их прихода в ЦЕРН, это проведение фундаментальных исследований, чисто научных исследований.

В в начале июля 1986 года эти же американцы должны были уйти в Мадрид, где в полном составе четвертой Международной Конференция по новым ядерным системам был посвящен концепции энергии антивещества. На этой же конференции мы были к представьте точку зрения, что только реалистичные приложения для энергия уничтожения была в военном поле [13]

К всеобщему удивлению, американцы не пришли.

Десять дней назад на конференции они объявили о своем выходе, не давая ни одного убедительное объяснение. Участники быстро поняли, что Американские власти, несомненно, переоценили военные важность антиматерии, и, вероятно, предотвратили Лос-Аламос Ученые из Мадрида [14].

Таким образом разоблачая что ученые работая на CERN, и из неевропейской оружейной лаборатории, кроме фундаментальных научных интересов, чувствительный в военном отношении. 

Стратегический и политическое последствие


Будет ли антиматерия срабатывает термоядерного оружия реализуемы или нет, или другие виды оружия, использующие энергию уничтожения, осуществимы или нет, тот факт, что относительно небольшое количество антиматерии может мощный термоядерный взрыв создает серьезные проблемы проблемы будущего стратегического баланса.

На самом деле, оружие договоры о контроле, действующие в настоящее время, касаются только деления приборы и материалы [15]: атомные бомбы, ядерные реакторы и расщепляющиеся материалы.

Путем извлекать взрыватель деления от термоядерное оружие, н-бомбы и нейтрон бомбы могут быть свободно сконструированы любой страной, и быть помещенным везде, включая космическое пространство. 

Опять же, даже если технические препятствия мешали, например, фактическое строительство боевого поля антивещества, антивещества вызванные микро-взрывы все еще позволили бы малому и среднего размера термоядерные взрывы должны производиться в лаборатории. антиматерия это оружие

Этот возможность значительно снизить потребность в метро ядерные взрывы, что делает неэффективной любую попытку замедления гонка вооружений по договору о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний [16].

Ядерная испытательная лаборатория такого типа может базироваться на большом ускорителе тяжелых ионов [16], что обеспечит средства массового производства антиматерии, а также драйвер для изучения сжатие и взрыв термоядерных топливных гранул. 
 

Справочники и Примечания

[1] J. Grinevald, A. Gsponer, L. Hanouz et P. Lehmann: La quadrature du CERN. Editions d’En Bas, CH-1017 Лозанна (1984).
[2] Э. Ферми и Э. Теллер: захват отрицательных мезотронов в вопрос. Физика. Rev. 72 (1947) 399—408.
[3] A. D. Sakharov: Oeuvres scientifiques, Editions anthropos, Paris (1984).
[4] А. С. Уайтман: Модерация отрицательных мезонов в водороде I: Умеренность от высоких энергий к захвату молекулой H2. Физика. Rev. 77 (1950) 521—528. (Примечание: Часть II настоящего документа никогда не публиковался.)
[5] J. Ашкин, т. Ауэрбах и р. Маршак: Примечание о возможном процесс аннигиляции отрицательных протонов. Физика. Rev. 79 (1950 ) 266—271.
[6] Х.-П. Дуерр и Э. Теллер: взаимодействие антипротонов с ядерная сфера. Физика. Rev. 101 (1956) 494—495.
[7] в конце 1986 года производство и охлаждение антипротонов система будет введена в эксплуатацию в Fermilab, недалеко от Чикаго. Тем не менее, нет никаких окончательных планов система замедления как LEAR (Fig.1). Что касается Советского Соединение обеспокоено, немногие детали доступно на состоянии их проекты с антиматерией.
[8] M. R. Clover et al.: Низкоэнергетическое антипротонное ядро взаимодействия. Физика. Rev. C26 (1982) 2138-2151.
[9] А. Gsponer and J.-P. Hurni: слияние, индуцированное Антиматерией, и термоядерный взрыв. Atomkernenergie—Kerntechnik 49 (1987) 198—203.
[10] Б. в. Аугенштейн: концепции, проблемы и возможности для использование энергии аннигиляции. Подготовлено для воздуха Соединенных Штатов Force, RAND Note N-2302-AF / RC, июнь (1985).
[11] Н.А. Власов: Аннигиляция как энергетический процесс. Советский атомная энергия 44 (1978) 40—45.
[12] ссылка 10, стр. 43.
[13] A. Gsponer and J.-P. Hurni: a href=»http://www.arXiv.org/abs/physics/0507114″ >The физика синтеза и термоядерности, индуцированных антиматерией взрывы. Материалы 4-й Международной конференции Новые Ядерно-Энергетические Системы, Мадрид, 30 Июня/4 Июля 1986 Года (World Scientific, Singapore, 1987) 166—169.
[14] названия отозванных Сообщений были следующими:

  • W. Saylor, S. Howe, D. Holtkamp, М. Хайнс (приглашенная статья): фабрика по производству антиматерии — компромиссы систем.
  • Холцшайтер: Антипротон хранение-новая концепция будущих энергосистем.
  • L. J. Campbell: Антипротон хранение в конденсированной материи-обещание, перспективы.
  • С. Хоу (специальный доклад): использование продукты аннигиляции антиматерии для того чтобы произвести годную к употреблению силу для космические приложения.
    Н. Б.: Стив Хоу, Лос-Аламосская Национальная Лаборатория, Автор два из четырех изъятых Сообщений, «физик и подписчик» упомянутые Дэном Брауном в благодарности его книге ангелов и демонов.

[15] А. Гспонер, Б. Джасани и С. Сахин: новые ядерно-энергетические системы и ядерное оружие распространение. Atomkernenergie/Kerntechnik 43 (1983) 169—174.
[16] C. Deutsch: инерциальное удерживающее соединение, приводимое в действие интенсивным ионный пучок. Annales de Physique 11 (Février 1986) 1—111.

Приложение. Производство и хранение антипротонов


Релятивистский квантовая теория предсказывает существование двух типов элементарные частицы, появляющиеся на равных основаниях по отношению к фундаментальное уравнение. антиматерия это оружие

Таким образом, для каждой частицы существует antiparticle имея такие же массу и закрутку но противоположное электрическое обвинение. Furthermore, частицы и antiparticles могут появиться или исчезают попарно, за счет превращения энергии в материю и наоборот. 

Антипротоны и позитроны, вероятно, являются единственными формами антиматерии то будет быть изготовленным, в существенных количествах, внутри близкое будущее.

Они произведены путем ускорять ход протоны (или другое частицы) к таким энергиям, что при столкновении с мишенью, часть энергии трансформируется в пары частица-античастица. На практике, при использовании фиксированной цели, как функция проинвестированного энергия, максимальный выход продукции antiproton происходит когда протоны ускоряются до энергии около 120 Гэв.

В виду того что меньше чем одно столкновение из тридцать производит антипротон, а так как масса антипротон соответствует только 0,94 Гэв, энергоэффективность очень низкая. С этой точки зрения, лучшим решением было бы collider-кольцо, в котором антипротоны будут лобовые столкновения протонов, вращающихся в противоположных направлениях.

В теория, даже более высокий выход смогла быть получена если условия подобные до оригинального «Большого Взрыва» можно было воссоздать в лаборатории, условия, в которых производство Протон-антипротона становится самопроизвольный.

Такие условия можно найти в кварк-глюонная плазма, которая может быть произведена в высокой энергии столкновения тяжелых ионов, которые в настоящее время Исследования [С]

Когда антипротоны создаются (весь спектр скорости и направления), следующий шаг состоит из захватывать прежде чем они взаимодействуют с материей. антиматерия это оружие

Это проблема гораздо больше трудно решить, чем производство. Ушло почти тридцать годы до того, как решение было найдено в ЦЕРН. Это требовало изобретение «стохастического охлаждения», способ уменьшения ширины антипротона скорость распространения (см. Ла Решерш апреля 1984 года p.508-511).

После этого возможно сконцентрировать собранные антипротоны в очень маленький луч, чтобы накопить их в кольца хранения, и окончательно замедляют их вниз к энергиям таким что они смогите быть принесено к остановке в электромагнитных ловушках. 

В a Ловушка для пеннинга, частицы радиально ограничены магнитным поле и аксиально электростатическим полем. Цилиндрическая ловушка этот тип служил как хозяин во время недавних экспериментов на CERN в которые антипротоны были разлиты в бутылки впервые. Он также в ловушке непрерывно одиночный электрон на больше чем 10 месяцев на университет штата Вашингтон. Хранить antiprotons на леты, одно нужно вакуум лучше 10-18 торр.

Это достижимо только в приложениях которые загерметизированы (после заполнять) и охлажены к температуре жидкий гелий.

Поэтому практически невозможно измерить уровень вакуума, так, что делать эксперимент сам будет единственным путем к проверьте технику. Если этот метод успешен, то он будет можно сделать транспортабельные флаконах вместимостью 1012 в 1013 антипротонов [Ми]антиматерия это оружие

Затем решающий этап для практического применения антиматерии начнется: можно ли будет разработать адекватный простой и компактные методы хранения? Для этого используются два основных подхода продуманный.

Первый состоит из антиводорода путем объединения антипротоны с позитронами, а затем пытается сформировать твердый антиводорода лепешки, которые могут храниться и обрабатываться с помощь различных электромагнитных и оптических методов левитации. Очень высокие плотности хранения были бы получены, но только в криогенном приложения и весьма хорошие вакуумы. 

Наиболее привлекательным подходом было бы хранить антипротоны в обычная материя. антиматерия это оружие

На самом деле, если все частицы антиматерии имеют склонность к самопроизвольному уничтожению при контакте с материя (будь то воздействие электромагнитного притяжения в случае позитронов и антипротонов, или силы ван-дер-Ваальса для антиводорода), наличие метастабильные состояния антипротонов в конденсированное вещество нельзя исключать априори [Ф].

Например, если очень низкая энергия антиводорода атом диффундирует в твердый, она движется до тех пор, пока его позитрон аннигилирует электроном.

Antiproton может после этого принять место этого электрона, и при некоторых условиях, остается в определенных точках в пределах кристаллической структуры. На настоящий момент вид вещества, котор нужно использовать не знан, а огромное разнообразие химических соединений и типов кристаллов доступный для поиска оптимального материала. 

Другие менее очевидные решения все еще могут быть обнаружены. Например, антипротоны могли, как электроны делают помещенный в жидкостном гелии, образуйте пузырь, в центре которого они могли бы существовать бесконечно. антиматерия это оружие

Также, похож на электронные пары ответственный за сверхпроводимость, антипротоны, возможно, могут образовывать Пары Бондаря если помещено в металле, становить таким образом неспособный для того чтобы потерять кинетическая энергия ударом, и таким образом уничтожить. 

Gsponer Андре и Жан-Пьер Hurni УНИВЕРСИТЕТ ЖЕНЕВЫ UNIGE