Die aktive Nutzung von Antimaterie begann Mitte des 20. Jahrhunderts. Stimmt, nur in der Fantasie
Die Idee, Antimaterie als Treibstoff für Raumschiffe zu verwenden, findet sich oft in Science-Fiction. Im legendären Star Trek-Raumkreuzer treibt die Energie, die durch die Vernichtung von Materie und Antimaterie freigesetzt wird, den Warp-Antrieb an, der es dem Kreuzer ermöglicht, sich schneller als mit Lichtgeschwindigkeit fortzubewegen
Sci-Fi-Autoren sagten schon vor langer Zeit Antimaterie-Raumschiffe voraus. Von den ernsthaften Experten war der erste, der dieses Thema ansprach, der prominente deutsche Raketeningenieur Eugen Sanger, einer der Erfinder des Staustrahltriebwerks.1953 veröffentlichte er einen Entwurf für eine photonische Rakete, die durch die Vernichtung von Elektronen und Positronen angetrieben wird. Später wurde vorgeschlagen, massivere und dementsprechend energieintensivere Protonen und Antiprotonen als Brennstoff zu verwenden.
Auf den ersten Blick erscheint diese Idee sehr verlockend. Die Vernichtung von Protonen und Antiprotonen sollte drei Größenordnungen mehr Energie liefern als Kernbrennstoff und zwei Größenordnungen mehr als thermonuklear. Etwa die Hälfte dieser Energie wird von Neutrinos verbraucht, die sofort auseinanderfliegen und damit für die Raumfahrt unbrauchbar sind. Die verbleibende Energie nach einer Reihe von Zwischenreaktionen mit Pionen, Myonen, Elektronen und Positronen wird in Form von harter Gammastrahlung freigesetzt, die zum Erhitzen des Arbeitsfluids eines Strahltriebwerks verwendet werden kann (direkter Strahlstrahl funktioniert nicht, da Gammaquanten isotrop in alle Richtungen streuen). Exotischere Projekte schlagen vor, elektromagnetische Felder zu verwenden, um die bei der Vernichtung entstehenden geladenen Teilchen in gerichtete Strahlen zu ziehen und sie gegen die Bewegung der Rakete zu schleudern.
Aber Theorie ist Theorie und Praxis ist Praxis. Ein Flug innerhalb des Sonnensystems würde mindestens ein paar Gramm Antimaterie erfordern. Jetzt werden am Fermilab und am CERN Antiprotonen produziert, und zwar nicht mehr als ein oder zwei Nanogramm pro Jahr. Die Effizienz moderner Technologien zur Herstellung von Antiprotonen ist vernachlässigbar - ein Hundertmillionstel Prozent. Die Energie, die für die Synthese der benötigten Masse an Antiprotonen aufgewendet werden müsste, ist also etwa drei Größenordnungen höher als die jährliche Stromproduktion auf der Erde. Außerdem müssen Antiprotonen (in ihrer ursprünglichen Form, als Teil von Antiwasserstoff oder in einer Plasmaumgebung) irgendwo gespeichert werden, aber es ist nicht klar, wie das geht. Bisher hat es niemand geschafft, mehr als eine Million Antiprotonen in der Falle zu h alten, und das sind nur 10−18 Jahre.
Richtig, es gibt einen anderen Weg, viel attraktiver. Antiprotonen können als Katalysator für eine komplexe Kernreaktion mit Sp altung und Fusion verwendet werden. Eines dieser Diagramme sieht so aus. Eine Kapsel aus Uran-238 mit einer Mischung aus Deuterium und Tritium wird stark komprimiert (z. B. durch Laserpulse) und dann mit einem Antiprotonenstrahl bestrahlt. Die Antiprotonen werden das Uran zur Sp altung bringen, wobei eine große Anzahl von Neutronen entstehen, die die Kapselfüllung auf Millionen Grad erhitzen und die Heliumfusion starten. Berechnungen zeigen, dass wenige Mikrogramm (maximal zehn Mikrogramm) Antiprotonen für einen Flug an die Grenzen des Sonnensystems ausreichen. Wenn wir neue Technologien zur Gewinnung dieser Antiteilchen schaffen, den heutigen Wirkungsgrad um das Tausendfache steigern und gleichzeitig das Problem ihrer Langzeitspeicherung lösen, dann reicht eine Stunde oder sogar eine Minute Betrieb aller Kraftwerke der Erde für einen Flug. Es ist möglich, dass die Menschheit eines Tages solche Kosten auf sich nehmen wird.
Was ist mit Sprengstoff? Im Jahr 2004 gelangte die Information in die amerikanische Presse, dass das Air Force-Kommando die Möglichkeit untersuchte, eine Antimaterie-Bombe zu bauen. Dieser Hype verebbte bald, zumal das Pentagon sich weigerte, sich dazu zu äußern. Dennoch ist klar, dass der Kampf-Sprengstoff trotz all seiner Kraft keinen Sinn macht. Die vollständige Vernichtung eines Gramms Antiprotonen (und das ist eine riesige Menge!) Mit einem Gramm Protonen werden etwa 43 kt erzeugt - die Kraft einer nicht besonders großen Atombombe. Sie können nicht einmal über die vergleichbaren Kosten beider Methoden sprechen. Die Menschheit hat also die volle Möglichkeit der Selbstzerstörung ohne Antimaterie.
Und da dient Antimaterie wirklich schon der Menschheit – in der Medizin. Durch Positronen repräsentierte Antiteilchen werden seit langem in Positronen-Emissions-Tomographen verwendet. Die Quellen dieser Partikel sind einige kurzlebige Isotope wie Kohlenstoff-11 und Sauerstoff-15. In den letzten Jahren wurden Positronenstrahler auch in der Materialwissenschaft eingesetzt.
