Jul 31 2006

Antimaterie – das Tor zum Sonnensystem

Wenn wir – wie in der Raumfahrt – viel Energie brauchen, die auf einem sehr kleinen Platz gespeichert werden muss, dann ist Antimaterie die ideale Wahl. Kein Material im Universum hat eine grössere Energiedichte. Antimaterie hat das Potential, die systemweite Raumfahrt schnell und vergleichsweise billig zu machen.

Ein Antimaterie-Raumschiff

Ein Antimaterie-Raumschiff

Antimaterie ist das “Gegenstück” zur normalen Materie: Ein normales Wasserstoff-Atom besteht aus einem positiv geladenen Proton im Atomkern und einem negativ geladenen Elektron in der Atomhülle. Ein Antimaterie-Wasserstoff-Atom (auch Anti-Wasserstoff-Atom genannt) hingegen besteht aus einem negativ geladenen Antiproton im Atomkern und einem positiv geladenen Elektron (einem sogenannten Positron) in der Atomhülle. Treffen Wasserstoff-Atom und Anti-Wasserstoff-Atom zusammen, so vernichten sie sich gegenseitig und setzen ihre Energie in Form von hochenergetischer Strahlung (Gamma-Strahlung) plus einige exotische Teilchen (wie Pionen) frei. Diese Umwandlung geschieht gemäss der berühmten Formel E = m*c^2: in jedem Kilogramm Materie, die auf diese Weise “zerstrahlt” wird (0.5 kg Wasserstoff und 0.5 kg Anti-Wasserstoff), steckt c^2 mal mehr Enerige: da c^2 (c = Lichtgeschwindigkeit im Vakuum) eine sehr grosse Zahl ist, ist diese Menge wirklich gewaltig: etwa 9.0 * 10^16 (90000000000000000) Joule, oder, in “Sprengkraft” ausgedrückt: das Äquivalent von 21 Megatonnen TNT: nahe an der Sprengkraft der grössten, je gezündeten Atombombe also.

Es gibt keinen (bekannten) Stoff im Universum, der eine höhere Energiedichte hat als Materie bzw. Antimaterie. Wenn also der Platz begrenzt und die benötigten Energien gross sind, dann ist Antimaterie die richtige Wahl. So würden wenige Milligramm Antimaterie reichen, um Menschen in 45 Tagen zum Mars (und in etwas längeren Zeiträumen zu jedem anderen Punkt im Sonnensystem) und zurück zu befördern.

Da Antimaterie aber nicht in grossen Mengen in der Natur vorkommt, muss sie erst hergestellt werden: dafür sind grosse Mengen an Energie nötig – Mengen, die den maximalen späteren Energiegewinn deutlich übertreffen. Antimaterie ist deshalb auch der teuerste denkbare Stoff: ein Gramm Anti-Wasserstoff dürfte mit den heutigen Produktionskapazitäten etwa 20 Trillionen Dollar kosten (europäische Trillionen…). Einige optimistische Forscher glauben, dass es möglich sein könnte, diesen Preis auf “nur” gerade 25 Milliarden Dollar pro Gramm (25 Millionen pro Milligramm) zu drücken, in dem spezielle Antimaterie-Fabriken gebaut werden.

Selbst wenn sich diese Pläne als realisierbar herausstellen, gibt es eine Menge Probleme zu überwinden, bis das erste Anitmaterie-Raumschiff aufbrechen kann.

So ist zum Beispiel die Lagerung von Antimaterie alles andere als einfach: das Lagergut darf natürlich nicht mit den Wänden des Lagerungsbehälters in Berührung kommen, denn dieser besteht aus normaler Materie, und ein Kontakt würde die gesamte Energie aufs Mal freisetzen: da würde man sich nicht wünschen, an Bord zu sein… Deshalb schliesst man Antimaterie für gewöhnlich in magnetischen Flaschen ein: man lässt sie im ionisierten Zustand, so dass die geladenen Antimaterie-Teilchen von Magnetfeldern davon abgehalten werden können, die Wand zu berühren. Nur dummerweise lassen sich geladene Teilchen nicht sehr dicht aneinander packen, da sie sich abstossen.

Ein weiteres Problem sind die Gammastrahlen, die bei der Zerstrahlung von Materie und Antimaterie entstehen: sie sind für Menschen äusserst gefährlich und müssen aufwändig abgeschirmt werden.

Die Entwicklung im Bereich der Antimaterieforschung zum Einsatz in Raumschiff-Antrieben geht rasant voran. Allerdings fokussiert man sich neuerdings auf den Einsatz von Positron-Elektron-Zerstrahlungen, statt sich auf den komplizierteren Anti-Wasserstoff zu beschränken. Positronen sind einfacher und billiger herzustellen und möglicherweise auch einfacher zu lagern, da sie sich dichter packen lassen. Zudem sind die entstehenden Gamma-Strahlen weniger energiereich, so dass die Abschirmung geringer ausfallen kann. Nach einem neuren Konzept wird die freiwerdende Energie genutzt, um einen Treibstoff (vorzugsweise Wasserstoff) zu heizen und dann mit hoher Geschwindigkeit aus einer Düse auszustossen. Alternativ könnte die Antimaterie dazu genutzt werden, um eine Flüssigkeit aufzuheizen, die dann ihrerseits einen Generator antreibt – etwa für einen elektrischen Antrieb oder für Energie an Bord des Raumschiffs.

Der Beginn der Antimaterie-Raumfahrt würde dann so aussehen, dass erst einmal unbemannte Sonden mit einem Positronen-Antrieb ausgerüstet würden: wir könnten in kürzester Zeit alle Planeten des Sonnensystems besuchen, Rover absetzen und sogar Bodenproben zurück bringen – der wertvolle Antimaterie-Treibstoff selbst würde nicht viel mehr als eine kleine unbemannte Sondenmission oder ein einziger Flug mit dem Space Shuttle kosten. Später, wenn die Erfahrung mit Antimaterie gewachsen ist und die Produktionskapazitäten vergrössert wurden (vermutlich würde der Energieverbrauch dieser Antimaterie-Fabriken allein schon den Bau von Kernfusionskraftwerken nötig machen), könnte man auch über bemannte Antimaterie-Raumschiffe nachdenken. Damit wären Rundflüge in die Mondsysteme von Jupiter und Saturn innert weniger Monate möglich – eine ferne Welt zu erforschen wäre nicht mehr viel schwieriger, als die Antarktis zu erforschen.

So gesehen, könnte Antimaterie tatsächlich das Tor zum Sonnensystem weit aufstossen.

Bericht zum Positronen-Antrieb auf Centauri-Dreams.org

Wikipedia: Antimaterie

14 Kommentare

  • By Sag ich net, 30. November 2007 @ 13:10

    Es gibt schon längst Energiequellen, welche das schnelle Reisen im Weltraum ermöglichen.
    Nullpunktenergie usw.
    Diese Energiequellen sind meistens noch viel Efizienter als die hier beschriebenen Energiequellen.

  • By Unbekannter Gast, 16. Dezember 2007 @ 23:58

    Nullpunktenergie is meines wissens her (bisher) nicht als (effiziente) energiequelle nutzbar

  • By Bynaus, 19. Dezember 2007 @ 10:53

    Die \”Nullpunktenergie\” kann man genausowenig anzapfen wie man Häuser südlich des Südpols bauen kann. Siehe dazu folgenden Artikel auf dieser Seite: http://www.final-frontier.ch/Freie_Energie

  • By Unbekannter Gast, 19. April 2008 @ 13:30

    Ich hoffe man schaft es bald!!!!!

  • By Unbekannter Gast, 30. Mai 2008 @ 00:23

    alles sehr informativ sehr gut gemacht

  • By Unbekannter Gast, 14. Juli 2009 @ 16:12

    wir \”produzieren\” also auf der erde eine energieform unvorstellbaren ausmasses und strahlen die dann irgendwo in den weltraum ab. das sich damit rapide ändernde energieniveau der erde führt bald zu gravierenden veränderungen auf selbiger, was uns zum verlassen der erde zwingt und da die warscheinlichkeit, einen planeten mit \”menschenfreundlichen\” bedingungen zu finden, ehe uns unser supertreibstoff ausgeht, nicht eben gerade hoch ist, ……

  • By Bynaus, 15. Juli 2009 @ 16:47

    Eben weil Antimaterie eine so hohe Energiedichte hat, spielt ihre Extraktion von der Erde kaum eine Rolle. Die Erde verliert jedes Jahr etwa 50000 Tonnen Atmosphäre an den Weltraum – ob das nun noch ein paar Kg Antimaterie mehr sind oder nicht, spielt keinerlei Rolle. Auf der Erde selbst ist mehr als genug Energie vorhanden, um Antimaterie herzustellen: von der Sonne etwa erreicht uns 10000 Mal so viel Energie, wie die Menschheit gegenwärtig braucht.

  • By Thanathos, 13. März 2010 @ 20:58

    Meines Wissens gibt es keine vielversprechenden Konzepte wie man mehr als ein Atomkern Antimaterie längere Zeit speichern kann …

    Hat man ein geladenes Antiteilchen Teilchen (Anit-Proton, Positron, ein ganzer Anit-Atomkern …) kann man es in einem Magnetfeld fangen … Hat man zwei gleiche stoßen sie sich ab … hat man ein ganzes Anit-Atom ist dieses neutral und man kann Magnetfelder vergessen …

    Ich kann mir also nicht vorstellen, wie man zB ein paar Mikrogramm Animaterie festhalten will …

    Aber wer weiß was die Zukunft bringt …

    FG Thanathos

  • By Unbekannter Gast, 23. Juni 2010 @ 23:13

    Auch hier wird die Nutzung als Waffe zuerst erfolgen

  • By Unbekannter Gast, 13. Oktober 2010 @ 00:59

    zu thanathos am 13.3.2010
    es könnten auch antimaterie-ionen sein , diese sind nicht
    magnetisch neutral

  • By Alex, 28. Oktober 2010 @ 13:06

    …dann hast du wieder das Problem daß sie sich gegenseitg stark abstoßen…

  • By Christian Senghas, 16. Februar 2011 @ 17:03

    So begeistert ich bin, nochmehr machts eim Angst…
    Schade, aber ich glaub bevor es realistisch wird das man mit Antimaterie betribene Raumschiffe durch unsre Galaxie reißt wird wohl erst…
    Die menschheit hier auf der Erde damit bekrigt…
    Entweder n Mr Taliban, oder n Mr Terror, oder n Diktator, korrupter Präsident, Außenminister…was wes ich
    Dafür is der Befriedigungsgeist / Tolleranz / Verständnis der menschheit gegenüber andere Kulturen und Religionen (Menschen) nicht ausgereift genug….
    Kurz: Bevor es Antimateriebetriben Spaceships gibt, wird sich die menschen mit Antimaterie pulverisieren oder ähnliches…
    Un das nur weil sich *Menschen* besser halten wie*Menhscen*.
    oder was denkt ihr?

  • By chrisch, 4. Dezember 2012 @ 11:57

    ich finde man sollte noch mehr infos darin stellen da manche menschen wie ich sich dafür sehr interessiren

  • By Miro, 29. Dezember 2012 @ 14:36

    es wird sich bekriegt?
    ja aber bestimmt nicht von mr taliban oder mr terror
    die haben leider nicht die nötigen ressourcen
    usa russland china deutschland israel sehe ich persl als einzige länder die irgendwie zu solchen waffen kommen würden
    ob wie und wann die überhaupt eingesetzt werden würden ist ne andere frage o:

Other Links to this Post

RSS-Feed für Kommentare zu diesem Beitrag. TrackBack URI

Hinterlasse einen Kommentar

© 2006 - 2011 Matthias Meier. Alle Rechte vorbehalten. | Final Frontier wurde erstellt mit WordPress | Theme basiert auf Alibi-Theme von WordPress Themes