رویای پرواز به دوردست‌ها

نوشته شده توسط:کیوان فیض مرندی در چالشهای فیزیک » ضد ماده | ۰۸ فروردین ۱۳۹۴ - ۰۳:۱۳ | ۱ دیدگاه

بسیاری از سفینه ها در داستان های علمی- تخیلی از ضد ماده به عنوان سوخت استفاده می کردند. زیرا ضد ماده قوی ترین سوخت شناخته شده در طبیعت است. در حالی که برای سفر از زمین به مریخ چند تن سوخت شیمیایی لازم است، تنها چند میلی گرم از ضد ماده می تواند ما را به مقصد برساند. اما در واقعیت این سوخت معایبی نیز داردبعضی از فعل و انفعالات ضد ماده مقادیر زیادی پرتو گاما ایجاد می کند. این پرتوها در ماده نفوذ کرده و مولکول های سلول های زنده بدن انسان را از هم می پاشند. در نتیجه وجود این پرتوها در محیط بسیار مضر است. پرتوهای پرانرژی گاما همچنین می توانند اتم های مواد سازنده موتور سفینه را بشکافند. مؤسسه مفاهیم پیشرفته ناسا (Nasa Institue For Advanced Concepts)با سرمایه گذاری بر روی تحقیقی جدید، در حال تلاش برای ساخت نوعی سفینه با سوخت ضد ماده است که پرتوهای گاما با انرژی بسیار کم تولید کرده و ضرری برای انسان نداشته باشد.

با آن که ضد ماده از نظر ظاهر کاملاً شبیه به ماده است، بسیاری از خواص مهم آن با ماده تفاوت دارد. برای مثال، الکترون ها در ماده بار منفی دارند. اما در پاد ماده این ذرات درست بر عکس ماده بوده و بار مثبت دارند. به همین دلیل دانشمندان این ذرات را پوزیترون (Positron) می نامند. هنگامی که ماده و ضد ماده با یکدیگر برخورد کنند، هر دو تبدیل به انرژی می شوند. این تبدیل کامل به انرژی، منشا قدرت بسیار زیاد ضد ماده است. این نوع تبدیل به انرژی در طبیعت بی نظیر است. حتی در واکنش های هسته ای که در بمب های اتمی اتفاق می افتند، تنها سه درصد ماده تبدیل به انرژی می شود. در طرح های گذشته از سفینه هایی با سوخت ضد ماده، برای تولید انرژی از پاد پروتون ها (ذراتی مانند پروتون با بار منفی که در هسته اتم های ضد ماده قرار دارند) استفاده می شد که این ذرات، پرتوهای گاما با انرژی بسیار زیاد تولید می کردند. اما در طرح جدید، با استفاده از تبدیل پوزیترون ها به انرژی، پرتوهای گاما با انرژی معادل ۴۰۰ برابر کمتر از حالت قبل ایجاد می شوند.

این تحقیق، مطالعه اولیه ای برای آزمایش عملی بودن این طرح است. اگر این طرح عملی باشد و بودجه لازم برای تکمیل پروژه در دست باشد، سفینه ای با سوخت پوزیترون در عملیات سفر انسان به مریخ بر دیگر سفینه ها ، دو برتری بسیار مهم دارد. دکتر جرالد اسمیت، سرپرست گروه تحقیقاتی سفینه ضد ماده، می گوید: «اولین و مهم ترین مزیت، امن تر بودن سفر با سفینه پوزیترون (سفینه ای که با سوخت پوزیترون حرکت می کند) است.» در طرح فعلی سفر انسان به مریخ ، در سفینه فضایی مورد نظر از راکتور هسته ای استفاده می شود که این کار طول سفر و خطرات موجود برای سرنشینان را کاهش می دهد. همچنین سفینه های عادی (با سوخت شیمیایی) هزینه و وزن بیشتری دارند. اما عیب سفینه ای با سوخت هسته ای، پیچیده بودن راکتورهای آن است که باعث می شود احتمال بروز مشکل در طول سفر بسیار بیشتر گردد. اسمیت می گوید: «سفینه با سوخت پاد ماده همان مزایای راکتور هسته ای را داراست علاوه بر این که طرز کار آن بسیار ساده است.» یکی دیگر از معایب سفینه های راکتوری آن است که راکتورهای هسته ای، حتی پس از آن که سوخت آنها تمام می شود، رادیواکتیو بوده و بسیار خطرناکند. به همین دلیل پس از آن که سفینه به مریخ برسد، راکتور باید در مداری به دور مریخ رها گردد به طوری که تا چند میلیون سال آینده (زمانی که اثرات رادیواکتیوی آن تقریباً به طور کامل از بین برود) با زمین برخورد نکند. سفینه ای با سوخت ضد ماده این عیب مهم را ندارد چون راکتور پوزیترونی (دستگاهی که در آن پوزیترون به انرژی تبدیل می شود)، پس از آن که سوخت به اتمام برسد، دیگر تشعشعات مضری تابش نمی کند و در نتیجه نگرانی برای ورود آن به جو زمین وجود ندارد.

پرتاب سفینه پوزیترونی نیز بسیار بی خطر است. اگر سفینه حامل راکتور هسته ای منفجر شود، ذرات رادیواکتیو آن به جو زمین می رسد. اسمیت می گوید: «اما سفینه پوزیترونی ما پس از انفجار تنها مقادیری پرتو گاما را در فضا پخش خواهد کرد که تا شعاعی در حدود یک کیلومتر می رسند. این منطقه به شعاع یک کیلومتر که منطقه خطر (منطقه ای در اطراف سفینه که در صورت انفجار آن در معرض خطر شدید قرار می گیرد) نامیده می شود ، در سفینه های بزرگ با سوخت شیمیایی نیز در همین اندازه است (کره ای از آتش به دور این نوع سفینه ها تشکیل می شود).»

مزیت بزرگ دیگر، سرعت این نوع سفینه هاست. یکی از مهندسان پروژه سفینه پوزیترونی می گوید : «طراحی های پیشرفته ما نشان می دهد که سفینه پوزیترونی می تواند به جای ۱۸۰ روز (مدت زمانی که سفینه های فعلی تا مریخ طی می کنند)، در نصف این مدت یا حتی کمتر از آن و در ۴۵ روز به مریخ برسند.» موتورهای پیشرفته، سرعت خود را با گرم شدن موتور افزایش می دهند. این کار باعث می شود تا کارآیی یا تکانه مخصوص (Specific Impulse) آنها افزایش یابد. هر چه تکانه مخصوص بیشتر باشد، سفینه می تواند قبل از آن که سوخت خود را به اتمام برساند، با سرعت بیشتری حرکت کند. بهترین سفینه های با سوخت شیمیایی، تکانه مخصوصی در حدود ۴۵۰ ثانیه دارند.به این معنا که یک پوند (تقریباً نیم کیلوگرم) از سوخت آنها، نیرویی به مدت ۴۵۰ ثانیه به سفینه وارد می کند. تکانه مخصوص هر راکتور هسته ای یا پوزیترونی در حدود ۹۰۰ ثانیه است.

مهمترین مسئله فنی برای ساخت سفینه پوزیترونی، هزینه تولید پوزیترون هاست. این ذرات به علت واکنش دادن با مواد، در اطراف ما بسیار کمیابند. بر روی زمین، این ذرات باید در شتاب دهنده ها (دستگاه های عظیمی که الکترون ها را به یکدیگر می کوبند) ایجاد شوند. این دستگاه ها غالبا برای کشف نوع رفتار ماده و ضد ماده در مراحل اولیه جهان به کار می روند اما می توان از آنها به عنوان تولیدکننده ضد ماده نیز استفاده کرد. دکتر اسمیت می گوید: «تخمین ما از هزینه تولید ۱۰ میلی گرم پوزیترون که برای رساندن سفینه از زمین به مریخ کفایت کند، چیزی در حدود ۲۵۰ میلیون دلار است.» این مقدار ممکن است در ابتدا زیاد به نظر برسد اما باید آن را با هزینه ساخت و پرتاب سفینه ای با سوخت شیمیایی (به ازای هر پوند وزن۱۰،هزار دلار هزینه) و هزینه تولید سوخت هسته ای و ساخت راکتوری بی خطر برای سفینه های هسته ای مقایسه کرد.

اسمیت می گوید: «تجربه ما در مورد سفینه های هسته ای نشان می دهد که با تحقیقات بیشتر بر روی طرح جدید، هزینه ساخت سفینه های پوزیترونی به تدریج کاهش خواهد یافت.» مسئله دیگر نگه داشتن مقادیر زیادی پوزیترون در فضایی کوچک است. از آنجا که این ذرات در برخورد با مواد عادی تبدیل به انرژی می شوند، نمی توان مثلاً آنها را در یک بطری نگه داشت. در نتیجه باید از میدان های الکتریکی و مغناطیسی برای محدود کردن و نگه داشتن پوزیترون ها استفاده کرد. دانشمندان امیدوارند که با تحقیقات بیشتر و در برنامه های آینده، این مشکل نیز به راحتی حل شود و ساخت این سفینه امکان پذیر گردد.

    هیچ نظری تا کنون برای این مطلب ارسال نشده است، اولین نفر باشید...
موضوعات
دانلود جدید ترین فیلم های ایرانی
دانلود گشت ارشاد ۲
دانلود گشت ارشاد ۲
دانلود فیلم سلام بمبئی
دانلود فیلم سلام بمبئی
دانلود فیلم خوب بد جلف
دانلود فیلم خوب بد جلف
دانلود فیلم لاک قرمز
دانلود فیلم لاک قرمز
لیست دانلود
آخرین مطالب
متن خبری

لورم ایپسوم متن ساختگی با تولید سادگی نامفهوم از صنعت چاپ و با استفاده از طراحان گرافیک است. چاپگرها و متون بلکه روزنامه و مجله در ستون و سطرآنچنان که لازم است و برای شرایط فعلی تکنولوژی مورد نیاز و کاربردهای متنوع با هدف بهبود ابزارهای کاربردی می باشد.

ما را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید
با ما در شبکه های اجتماعی همراه باشید:

© تمامی حقوق برای کانی وب محفوظ است.

قدرت گرفته از کانی وب