參考資料:
一.火箭推進(jìn)器與光速航行
光子火箭發(fā)動機(jī):根據(jù)著名的愛因斯坦質(zhì)能公式:能量=質(zhì)量×光速^2,利用物質(zhì)和反物質(zhì)相互作用秃臣,其質(zhì)量全部湮滅而轉(zhuǎn)化為光能者冤。使質(zhì)子與反質(zhì)子在發(fā)動機(jī)中進(jìn)行反應(yīng)產(chǎn)生光子流,光子流以光的速度從火箭噴管噴出,產(chǎn)生反作用力,推動火箭前進(jìn)茵汰。
反物質(zhì)的產(chǎn)生、貯存和使用孽鸡,發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)和控制蹂午,以及大面積反射鏡的制造都不是短時期內(nèi)所能解決的問題。
根據(jù)愛因斯坦的狹義相對論(另一部著作為廣義相對論)梭灿,在以接近光速飛行的航天器上画侣,時間的進(jìn)程遠(yuǎn)比地球上慢,這個效應(yīng)稱為時間延緩效應(yīng)堡妒。設(shè)T是航天器上的時間配乱,Te是地球上的時間,V是航天器的速度皮迟,C是光速搬泥,則有關(guān)系式: 例如:當(dāng)V=0.9C時,T=0.436Te伏尼;當(dāng)V=0.9999995C時忿檩,按照這個效應(yīng)航天器上的時間僅為地球上時間的千分之一。這樣一來就有可能在人的壽命期限內(nèi)完成一次往返遙遠(yuǎn)恒星天體的恒星際航行爆阶。(但是燥透,霍金認(rèn)為物體速度越快沙咏,本身質(zhì)量越大。當(dāng)速度接近光速時班套,質(zhì)量會大的驚人肢藐。)
二.反物質(zhì)儲存
反物質(zhì)是正常物質(zhì)的反狀態(tài)。當(dāng)正反物質(zhì)相遇時吱韭,雙方就會相互湮滅抵消吆豹,發(fā)生爆炸并產(chǎn)生巨大能量。
反物質(zhì)的來源:第一種來源在我們頭頂之上的大氣外層理盆。在來自星際空間痘煤、充滿電荷的宇宙線的轟擊下,那里不斷產(chǎn)生正電子猿规。第二種來源則隱藏于放射性物質(zhì)的原子中衷快。某些不穩(wěn)定的原子核擁有多余的質(zhì)子,如鈉22姨俩、溴35或碘122烦磁,實(shí)際上它們最終將衰變并釋放出一個中微子、一個光子和一個正電子哼勇。第三種則是由雷暴制造。首先風(fēng)暴云極化呕乎,然后雷電使云層突然去極化积担,大氣中的電子突然發(fā)生噴射,接著產(chǎn)生伽馬射線猬仁,最后伽馬射線撞擊大氣中其它原子核帝璧,產(chǎn)生電子與反電子。
“企業(yè)號”飛船使用由物質(zhì)—反物質(zhì)湮滅產(chǎn)生的強(qiáng)大推力來獲得超光速飛行速度湿刽。
1995年的烁,歐洲核子研究中心(CERN)的科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室中制造出了世界上第一批反物質(zhì)——反氫原子;1996年诈闺,費(fèi)米國家加速器實(shí)驗(yàn)室成功制造出7個反氫原子渴庆。2000年9月18日,CERN成功制造出約5萬個低能狀態(tài)的反氫原子雅镊,這是人類首次在實(shí)驗(yàn)室條件下制造出大批量的反物質(zhì)襟雷。2011年5月初,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)與美國科學(xué)家合作制造了迄今最重反物質(zhì)粒子——反氦4仁烹。
迄今為止耸弄,費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的萬億電子伏特加速器(Tevatron)制造出的所有反質(zhì)子加在一起只有15納克(十億分之一克);而CERN制造的所有反質(zhì)子加起來僅為1納克卓缰;德國的電子同步加速器(DESY)制造的正電子加起來大約2納克计呈。即便所有這些反物質(zhì)一次全部湮滅砰诵,它們產(chǎn)生的能量還不足以燒開一杯水。
根本的問題在于制造和存儲反物質(zhì)的效率以及成本捌显,由于目前反物質(zhì)是由加速器產(chǎn)生的高能粒子打擊固定靶產(chǎn)生反粒子茁彭,再經(jīng)減速合成的,此過程所需要的能量遠(yuǎn)大于湮滅作用所放出的能量苇瓣,且生成反物質(zhì)的速率極低:僅僅制造1克反物質(zhì)就需要大約25×1015千瓦時的能量尉间。因此,從生產(chǎn)成本考慮击罪,反物質(zhì)是世界上最貴的物質(zhì)哲嘲。
為了將冷卻下來的原子控制在某個空間小區(qū)域內(nèi),必須使原子處在一個最小能量區(qū)域媳禁,即該區(qū)域內(nèi)部原子勢能有極小值眠副,這個區(qū)域稱為原子阱。
帶電的反物質(zhì)粒子竣稽,比如正電子和反質(zhì)子能被保存在彭寧離子阱(Penning traps)內(nèi)囱怕。這些設(shè)備可以被看成是小型加速器,依靠磁場和電場讓粒子不與阱壁碰撞毫别,使其呈螺旋形運(yùn)動娃弓。據(jù)悉,目前岛宦,美國國家航空航天局(NASA)和賓夕法尼亞州立大學(xué)的科學(xué)家們已經(jīng)能用彭寧離子阱存放1010個反質(zhì)子一個星期台丛。但彭寧離子阱對反氫原子等并不起作用,因?yàn)槔危礆湓硬粠щ娡烀梗瑹o法被電場“鎖住”。相反变汪,它們被保存在俗稱的“亞普阱”內(nèi)侠坎。
其實(shí),地球的磁場也類似某類反物質(zhì)阱裙盾。2011年实胸,意大利一個科學(xué)團(tuán)隊(duì)利用一座宇宙射線探測器成功在范艾倫輻射帶發(fā)現(xiàn)了反質(zhì)子帶,存在區(qū)域距離地球表面350至600公里番官,這一研究證實(shí)了地球磁場能“捕獲”反質(zhì)子的理論童芹。
宇宙射線碰撞一般會產(chǎn)生正電子和反質(zhì)子,但制造出一個反氦原子的可能性極低鲤拿,因?yàn)檫@一過程需要大量能量假褪。這意味著,即便只發(fā)現(xiàn)一個反氦核近顷,就能成為宇宙某處存在大量反物質(zhì)的堅(jiān)實(shí)證據(jù)生音。這些物質(zhì)是在宇宙大爆炸后產(chǎn)生的宁否,它們的發(fā)現(xiàn)將成為認(rèn)知當(dāng)今宇宙的真正突破。
宇宙射線是一種很復(fù)雜的物質(zhì),而且分很多種類,傳導(dǎo)或儲備這種能源可能要用高分子材料,太陽能板遠(yuǎn)達(dá)不到這種要求,存儲光能的物質(zhì)是很復(fù)雜的,而且宇宙射線具有很大的破壞性,輻射高,將來人類可能用一種我們現(xiàn)在所不知道的新物質(zhì)來解決這個問題.
反物質(zhì)推動飛船仍是長路漫漫
反物質(zhì)潛在且十分誘人的用途是用來制造星際航行火箭的超級燃料缀遍。
科學(xué)家們早就發(fā)現(xiàn)慕匠,當(dāng)反粒子和粒子在高能下碰撞而湮滅時,會釋放出大量能量域醇。而這種能量的釋放率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于核彈台谊、氫彈,大概幾克產(chǎn)生的能量就相當(dāng)于一枚戰(zhàn)略核彈譬挚。
次原子粒子又稱亞原子粒子锅铅,指結(jié)構(gòu)比原子更小的粒子。所有原子都是由更小的“次原子”粒子所組成,包括電子减宣、質(zhì)子與中子盐须。總的來說漆腌,次原子粒子可能是電子贼邓、中子、質(zhì)子闷尿、介子塑径、夸克、膠子光子等等填具。
宇宙線亦稱為宇宙射線晓勇,是來自外太空的帶電高能次原子粒子。
三.國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)
“國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)計(jì)劃”是目前全球規(guī)模最大灌旧、影響最深遠(yuǎn)的國際科研合作項(xiàng)目之一,建造約需10年绰筛,耗資50億美元(1998年值)枢泰。ITER裝置是一個能產(chǎn)生大規(guī)模核聚變反應(yīng)的超導(dǎo)托克馬克,俗稱“人造太陽”铝噩。
2018年11月12日衡蚂,從中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院獲悉,有“人造太陽”之稱的全超導(dǎo)托卡馬克大科學(xué)裝置EAST近期實(shí)現(xiàn)1億攝氏度等離子體運(yùn)行等多項(xiàng)重大突破骏庸,獲得的實(shí)驗(yàn)參數(shù)接近未來聚變堆穩(wěn)態(tài)運(yùn)行模式所需要的物理?xiàng)l件毛甲,朝著未來聚變堆實(shí)驗(yàn)運(yùn)行邁出了關(guān)鍵一步。
核聚變(nuclear fusion)具被,又稱核融合玻募、融合反應(yīng)、聚變反應(yīng)或熱核反應(yīng)一姿。核是指由質(zhì)量小的原子七咧,主要是指氘跃惫,在一定條件下(如超高溫和高壓),只有在極高的溫度和壓力下才能讓核外電子擺脫原子核的束縛艾栋,讓兩個原子核能夠互相吸引而碰撞到一起爆存,發(fā)生原子核互相聚合作用,生成新的質(zhì)量更重的原子核(如氦)蝗砾,中子雖然質(zhì)量比較大先较,但是由于中子不帶電,因此也能夠在這個碰撞過程中逃離原子核的束縛而釋放出來悼粮,大量電子和中子的釋放所表現(xiàn)出來的就是巨大的能量釋放闲勺。這是一種核反應(yīng)的形式。原子核中蘊(yùn)藏巨大的能量矮锈,原子核的變化(從一種原子核變化為另外一種原子核)往往伴隨著能量的釋放霉翔。核聚變是核裂變相反的核反應(yīng)形式。
科學(xué)家正在努力研究可控核聚變苞笨,核聚變可能成為未來的能量來源债朵。核聚變?nèi)剂峡蓙碓从诤K鸵恍┹p核,所以核聚變?nèi)剂鲜菬o窮無盡的瀑凝。 人類已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)不受控制的核聚變序芦,如氫彈的爆炸。
2020/3/14-1(資料均來源于百度百科)
2020/4/14-2