Высвобождение энергии

Эта книга посвящена антиматерии, и, как уже говорилось выше, я придерживаюсь именно этой гипотезы, объясняющей феномен «Тунгусского метеорита». В таком случае мы можем рассматривать это событие как свидетельство латентной мощи антиматерии. Если считать сгусток материи топливом, то антиматерия будет той искрой, которая высвобождает ее энергию, причем получится лучший природный способ высвобождения энергии.

В рассказе о Большом взрыве упоминалось, что при формировании материи огромные количества энергии были заморожены, или пойманы в ловушку в частицах, которые составили атомы, из которых, в свою очередь, состоит все на Земле. Химические и ядерные реакции включают перераспределение и переформирование этих частиц таким образом, чтобы высвобождалась часть их внутренней энергии, но даже в результате самых сильных взрывов фактически высвобождается очень малое количество этой энергии – в сравнении с количеством замороженной, или запертой, в материи при ее рождении миллиарды лет тому назад.

Живые существа представляют собой химические заводы, высвобождающие энергию от реакций, в которые вступают углерод, кислород и другие элементы, из которых состоят все живые организмы. Наши тела высвобождают энергию, в результате взрыва тоже высвобождается энергия. Это разные количества, и количества в частности зависят от так называемых шкал времени. То есть наши тела высвобождают энергию постепенно, в виде тепла, поддерживая температуру тела, равную 36,6 °C (если человек здоров). Реакции идут быстрее, если организму приходится бороться с вирусами, когда человека лихорадит и у него поднимается температура. По сути химический взрыв ничем не отличается от того, что происходит в наших телах и других живых организмах, только в этом случае все идет гораздо быстрее. Предположим, вы сытно пообедали – и теперь энергии вам хватит на несколько часов, но если «шкалу времени» сжать, чтобы высвободить это количество энергии за долю секунды, а не за несколько часов, то произойдет взрыв.

Даже в случае реакции ядерного синтеза, например водородной бомбы, которая дает один из самых мощных известных взрывов, используется примерно один процент всей энергии, заключенной в материи

В результате взрыва ракеты, реактивного снаряда, даже самого сильного химического взрыва, который возможен практически, высвобождается, как мы уже сказали, лишь малая часть энергии, замороженной, или запертой, в атомах (хотя такой взрыв может быть ужасен для человека). Большая часть энергии атома находится в его ядре, а когда зажигается ядерная искра, мы получаем мощность взрыва, равную тому, что случилось в Хиросиме и Нагасаки. В сравнении с этим химические взрывы кажутся ничтожными. Тем не менее даже в этом случае высвобождается только тысячная (или гораздо меньшая) часть энергии.

Чтобы высвободить всю энергию, нужен обратный процесс – противоположный тому, в результате которого энергия была заморожена, или поймана в ловушку, в материи миллиарды лет тому назад.

И это может сделать антиматерия. Аннигиляция килограмма антиматерии даст примерно в десять миллиардов раз больше энергии, чем высвобождается при взрыве одного килограмма тротила. При аннигиляции антиматерии высвобождается вся энергия, то есть в сто раз больше, чем при ядерном синтезе водородной бомбы. Вот в этом и заключается привлекательность антиматерии для научной фантастики, авторы которой предлагают использовать ее в качестве исключительно эффективного топлива для космических кораблей. Но она реальна, и похоже, что военные в самом деле разрабатывают оружие с использованием антиматерии. Например, над этим вопросом совершенно точно думали не только научные фантасты, но и серьезные ученые и исследователи из НАСА в США. В НАСА ведется работа по нескольким соответствующим исследовательским программам, что стало достоянием общественности. Если они окажутся успешными, то последствия высвобождения энергии могут быть ужасающими и привести к уничтожению жизни на Земле.

В октябре 2004 года в газете «Сан-Франциско Хроникл» была опубликована статья о том, что американские военные тратят миллионы долларов на исследование способов использования радикального источника энергии – антиматерии, или таинственного «зеркала» обычной материи, – в оружии будущего. Новость быстро распространилась по всему миру, и были высказаны предположения, что ученые не только в США работают над оружием, которое будет использовать антиматерию. Подумайте об этом, учитывая, что в Хиросиме была высвобождена лишь одна тысячная (или меньшая) доля того, что теоретически может быть высвобождено.

Но где факт, а где выдумка? Можно ли реально использовать антиматерию в виде топлива? И в составе оружия? Мы постараемся отделить правду от вымысла и рассказать, что же все-таки реально сделать с антиматерией.

Интерес военных к антиматерии

Упомянутая выше статья в «Сан-Франциско Хроникл» появилась после выступления Кеннета Эдвардса, руководителя подразделения «Революционные боеприпасы», в марте 2004 года на конференции в институте Передовых концепций НАСА в Вашингтоне с докладом о возможных путях практического применения антиматерии, а именно позитронов, в военных целях. Подразделение, которое возглавляет Эдвардс, было создано на базе ВВС США «Энглин» в штате Флорида. Оно занимается проблемами использования антиматерии в военных целях.

Выяснилось, что исследования антиматерии как практически неисчерпаемого источника энергии идут уже тридцать лет. Несомненно, Эдвардс хорошо разбирается в теме и находится под сильным впечатлением от потенциала антиматерии. Он в частности заявил, что даже крошечные количества антиматерии, которые невозможно рассмотреть невооруженным глазом, могут быть разрушительными. По его словам, у позитронной бомбы имеется целый ряд преимуществ в сравнении с ядерным и термоядерным оружием. Во-первых, количество энергии, выделяющейся при аннигиляции, больше, чем в ходе ядерной или термоядерной реакции. Например, 50 миллионных грамма позитронов содержат столько же энергии, сколько 4000 фунтов тротила. Их было бы достаточно для взрыва, который прогремел в Оклахома-Сити в 1995 году.

Девятиэтажное здание в Оклахома-Сити практически полностью уничтожено взрывом, эквивалентным 1800 килограммам тротила, погибли 168 человек, свыше 500 были ранены

Во-вторых, взрыв позитронной бомбы не оставляет радиоактивных продуктов, которые будут разлагаться в течение десятков или даже сотен лет. Это представлялось как безопасное для окружающей среды свойство такого оружия. Интересно, для кого? Для тех, кто думает его использовать, а потом прийти на ту землю, которая подверглась атаке? Хотя Кеннет Эдвардс заявил, что не исключается и создание комбинированных боеприпасов, использующих антиматерию наряду с обычным ядерным зарядом. Также прозвучала информация, будто бы первичный продукт аннигиляции позитронов и электронов представляет собой невидимую, но очень опасную гамма-радиацию, которая «может убить большое количество солдат, не затронув гражданское население». Более подробного объяснения механизма подобного действия не прозвучало.

Правда, работы над позитронным оружием еще очень далеки от завершения. Расчеты, сделанные учеными из НАСА, работающими в Кливленде, показали, что для получения одного миллиграмма антиматерии сейчас потребовалось бы около ста миллиардов долларов – слишком дорого, чтобы этот проект был интересен с коммерческой точки зрения. Хотя Эдвардс считает, что позитроны в достаточных количествах можно было бы получать на ускорителе элементарных частиц в «Фермилаб» и на линейных ускорителях в Национальной лаборатории имени Лоуренса в Ливерморе и в Стэнфордском университете.

Кроме производства существует проблема безопасного хранения позитронов. Ее необходимо решить – иначе об их практическом применении не может быть речи. Для этого требуется надежная изоляция античастиц от обычных частиц (обычной материи), при столкновении с которыми античастицы аннигилируют. В настоящее время для хранения античастиц используются так называемые ловушки Пеннинга, о которых мы подробнее расскажем ниже. В них частицы удерживаются от столкновения со стенками ловушки с помощью магнитного поля. Однако, поскольку позитроны заряжены одинаково и отталкиваются друг от друга, со временем все они вырываются из магнитного поля и благополучно исчезают, сталкиваясь с обычной материей.

Решением вопроса хранения позитронов занимается компания Positronics Research LLC, ею руководит бывший профессор Пенсильванского университета Джеральд Смит, к которому мы вернемся в конце книги. Кроме ловушек Пеннинга ученые предложили использовать для хранения позитронов и квазистабильные образования – позитронии. Позитроний представляет собой систему из вращающихся друг вокруг друга позитрона и электрона, которые удерживаются от столкновения электромагнитными полями. После этого открытия фирма получила от военного ведомства США 3,7 миллиона долларов на дальнейшие исследования.