Motore ad antimateria
Descrizione
Il motore ad antimateria è un motore per astronavi realizzato per la prima volta nella tarda Epoca dell'Uomo. È alimentato con l'antimateria, che è costituita dalle antiparticelle: corrispondono per massa alle particelle della materia ordinaria, ma hanno alcuni valori di segno opposto (esempio: la carica elettrica).
Aspetto e funzionalità
Al suo esordio, il motore ad antimateria è abbastanza ingombrante e solo nel corso dei secoli successivi diventa sempre più piccolo e leggero. La massa più ingombrante è data dal propellente stoccato.
Caratteristiche
Propellente
In media richiedono una massa di propellente pari a due volte la massa dell’astronave, per cui la nave deve dotarsi di apposite camere di stoccaggio per contenerlo. L'antimateria è in genere composta da nuclei di anti-idrogeno pesante in forma di plasma rarefatto (perché più facili da contenere magneticamente rispetto a un liquido o a un solido); in seguito si stoccano anche altri anti-atomi. Gli anti-atomi sono conservati in capsule di piombo, dotate internamente di un campo magnetico per contenere la sostanza.
Funzionamento
Le capsule di piombo vengono sparate molte volte al secondo all’interno del motore, che apre i contenitori e spegne il campo magnetico. Il motore prende l’anti-atomo e lo scinde in antiprotoni (opposti dei protoni) e positroni (opposti degli elettroni), i quali sono immagazzinati all’interno di campi magnetici interni, in modo che non interagiscano con la materia. Infatti poiché antiprotoni e positroni sono dotati di carica elettrica, il campo magnetico li spinge a muoversi in cerchi di grandezza stabilita all’interno di un contenitore a ciambella, impedendo loro di toccare le pareti. Il motore si occupa infine di creare le reazioni chimiche necessarie per far interagire materia e antimateria in modo sicuro e produrre l'energia di spinta per accelerare.
Energia emessa
Facendo collidere un protone e antiprotone si ottiene un picco pari all'energia di quiete del protone, ossia attorno a 1 GeV (giga-elettronvolt). Facendo invece interagire elettroni e positroni, si produce un'energia di radiazione gamma pari a 511 keV, corrispondenti alla massa dell'elettrone.
Velocità raggiungibili
Il motore ad antimateria permette di raggiungere una media di 60 000 km/s (1/5 della velocità della luce). Con 17 grammi di antimateria si può percorrere un anno luce in circa 10 anni (da Gea si può raggiungere Alpha Centauri in circa 40 anni e Marte in 45 giorni). L’accelerazione in partenza deve essere graduale per non danneggiare i componenti del razzo; in realtà, poiché nei primi tempi non ci sono umani all’interno, è possibile usare un’accelerazione di diversi g (i materiali la sopportano), ma si richiede comunque un’accelerazione in partenza (e una decelerazione in arrivo) graduale prima di arrivare alla velocità massima, costringendo a sprecare tempo in partenza (e all’arrivo).
Sistemi di difesa
Velocità troppo alte portano a possibili collisioni non prevedibili con asteroidi o pulviscolo spaziale. L’impatto a velocità simili sarebbe catastrofico, quindi i razzi sono dotati di laser capaci di liberare il cammino: l’antimateria permette di avere energia a sufficienza per l’uso del laser.
Differenze tra i vari motori e nel materiale
L'efficienza del motore fa la differenza in termini di velocità. La materia è convertita in energia sempre con un’efficienza del 100%, ma la quantità di energia prodotta (cioè di collisioni contemporanee di elettroni e positroni) varia a seconda dell'efficienza del motore, portando a spinte maggiori o minori. L’evoluzione dei materiali, che diventano più robusti negli anni, permette di supportare più g in accelerazione, consentendo un viaggio più rapido.
Storia e creazione
Il primo motore ad antimateria è installato su un'astronave nel 4:12072 (2072 d.C.). In realtà, in questa prima fase il viaggio umano con astronavi ad antimateria è inattuabile. Occorreranno decenni prima che l’essere umano abbia la possibilità di sfruttarlo per le esplorazioni personali. Al momento è invece usato per l’esplorazione spaziale e garantirà una serie di scoperte senza precedenti, favorendo il terreno per le successive colonizzazioni.
Viaggi umani nei decenni seguenti
Nei decenni successivi le astronavi dotate di motore ad antimateria sono usate anche per il trasporto di personale umano. L’accelerazione in partenza deve essere graduale per impedire ai corpi dell’equipaggio il collasso, pari a una progressione di 9,8 m/s fino al raggiungimento dei 60 000 km/s. Le tute avanzate permettono di supportare fino a 2-3 g per lunghi periodi senza conseguenze, ma in ogni caso i tempi di accelerazione in partenza (e decelerazione all’arrivo) sono molto più lunghi rispetto a quelli richiesti da una sonda di esplorazione.
Fonti esterne di approfondimento
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Wikipedia - Introduzione all'antimateria. La pagina è stata consultata per l'ultima volta a: dicembre 2019.
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