Ännu mer om antimateria: cancerterapi och raketbränsle

Detta är tredje och sista delen i min lilla serie om antimateria i verkligheten, inspirerad bland annat av saker som Dan Brown skrev i sin roman Angels & Demons, och sånt som folk ibland undrar över efter att ha läst boken eller sett filmen. Här finns del ett om vad antimateria är för något och del två om antiatomer och om energi från antimateria. Den här gången handlar det om vad man faktiskt kan använda antimateria till, både vedertagen teknik och lite vildare ideer.

Medicinska tillämpningar

En typ av antimateriateknologi som funnits rätt länge är en medicinsk avbildningsteknik som kallas PET, Positron Emission Tomography. Det fungerar så att man injicerar en radioaktiv isotop som sänder ut positroner. Positronerna annihilerar med elektroner i vävnaden och sänder ut två fotoner som lämnar kroppen i rakt motsatta riktningar. När man fångar upp denna signal i detektorer omkring patienten är det en fråga om enkel geometri att se precis var reaktionen ägde rum och alltså var det injicerade ämnet ansamlas.

Något som fortfarande ligger i framtiden, men som verkar väldigt lovande, är att använda antiprotoner för cancerterapi. Protoner är relativt tunga laddade partiklar och väldigt bra att bestråla tumörer med eftersom de bromsas upp på ett sätt som gör att man kan få maximal effekt på tumören medan man minimerar skadorna på vävnader runtomkring. Antiprotoner fungerar på samma sätt, men eftersom de annihilerar när de bromsats upp kan de avge mångdubbelt mer energi i en väl avgränsad volym. Man skulle behöva använda mycket färre antiprotoner än protoner för att förstöra en tumör.

Det här är en teknologi man hoppas mycket på av flera orsaker. Faktum är att utveckling av antiprotonterapi skulle pumpa in pengar i antimateriaforskningen och göra det möjligt att utveckla apparatur och tekniskt kunnande som skulle behövas för att göra häftigare och mer avlägsna saker. Som att driva rymdskepp.

Raketer!

Just det. Det har faktiskt gjorts en hel del tänkade vad gäller möjligheter att använda antimateria för att driva rymdfarkoster. Även om forskning och utveckling på området fortsätter ligger den här teknologin fortfarande kanske femtio år fram i tiden (sådana här saker ligger alltid femtio år i framtiden, tänk på fusionskraft), men principerna är fullt utarbetade.

Fördelen med att använda antimateria i stället för konventionella kemiska bränslen är att man skulle kunna komma mycket längre utan att behöva dra med sig mer massa i större bränsletankar. Det skulle då bli möjligt att skicka aktiva rymdsonder, som har en motor och kan manövrera och inte bara driva fram, ut till heliopausen och Oort-molnet eller ännu längre. Om teknologin sedan finns där kan man förstås tänka sig bemannade farkoster också.

Konceptet är att använda den energi som frigörs i annihilation av antimateria för att hetta upp reaktionsmassa i form av vanlig materia, som sedan kan slungas ut genom en raketdysa på vanligt sätt. Ett förslag till första generationens antimateriamotor är en cylinder av Wolfram, med ett hål genom centrum där man låter antiväte annihilera med väte. Annihilationsprodukterna hettar upp cylindern, som innehåller kanaler där man låter ytterligare väte passera och hettas upp, för att slungas ut i den bakre änden. Hastigheten hos reaktionsmassan begränsas här av smältpunkten för Wolfram.

En lite mer avancerad konstruktion skulle vara att låta annihilationerna ske i ett magnetfält där man kan styra de laddade pioner som bildas. De laddade pionerna bär med sig 60% av energin och kan i sig själva fungera som reaktionsmaterial. De kan även användas för att hetta upp ytterligare materia i ett andra steg. De neutrala pionerna som också bildas sönderfaller snabbt till fotoner med hög energi, och skulle tillsammans med fotonerna från positron-elektronannihilationen absorberas av något skärmande material. Överskottsvärmen kunde sedan användas för att driva en del av de omkringliggande systemen.

Reaktionsmassan består alltid av vanlig materia, och det är den som kommer att ta upp det mesta av bränsletanken. Man kan sedan komma långt eller kort på ungefär samma mängd beroende på hur mycket man hettar upp gasen, alltså hur snabbt den slungas ut.

Problemen som behöver lösas innan det här kan bli verklighet är uppenbara. Eftersom det är besvärligt att lagra stora mängder laddade partiklar behöver man framställa antiatomer och lära sig kyla och lagra dem, helst i kompakt form som Bose-Einstein-kondensat eller åtminstone väteis. Dessutom behöver man ett effektivare sätt att framställa antiprotoner. Man kommer att behöva antiväte i storleksordningar som närmar sig gram, bara till att börja med. Det är enorma mängder, när man räknar antal atomer!

När vi väl löst de här problemen är det bara att sätta igång att bygga Enterprise och bege oss ut i universum.

Några länkar för den som vill läsa vidare


Jag har nu också placerat denna blogg i Uppsalabloggkartan.se. Bara för att, liksom.

Advertisements

Om åka

Fysiker, sf-fantast, allmän entusiast.
Det här inlägget postades i Kärnfysik, Nivå: grundläggande (2), Tillämpningar och har märkts med etiketterna , , , . Bokmärk permalänken.

En kommentar till Ännu mer om antimateria: cancerterapi och raketbränsle

  1. Ping: Nu kan vi lagra antiatomer | Stjärnstoft och kugghjul

Kommentera

Fyll i dina uppgifter nedan eller klicka på en ikon för att logga in:

WordPress.com Logo

Du kommenterar med ditt WordPress.com-konto. Logga ut / Ändra )

Twitter-bild

Du kommenterar med ditt Twitter-konto. Logga ut / Ändra )

Facebook-foto

Du kommenterar med ditt Facebook-konto. Logga ut / Ändra )

Google+ photo

Du kommenterar med ditt Google+-konto. Logga ut / Ändra )

Ansluter till %s