Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2003 № 02

Тема моей работы называется так: «Исследование возможностей полупроводниковых структур как источников излучения в терагерцовом диапазоне частот».

Основная особенность этих частот состоит в том, что данный диапазон практически не исследован. Но в последние годы в уже освоенных диапазонах радиоэлектронным устройствам становится тесно. Так что очередь за освоением терагерцового участка электромагнитного спектра.

Как полагают, освоение этих частот даст огромное количество применений как в биологии, так и в химии, медицине. Вооруженные терагерцовой технологией, радиоастрономы могли бы гораздо глубже постичь процессы, управляющие образованием звезд и галактик, выяснить, какую роль играет во Вселенной загадочное темное вещество или скрытая масса Вселенной. А возможно, и определить наличие каких-то форм жизни на той или иной отдаленной планете.

Во всяком случае, Европейское космическое агентство уже начало сотрудничество с техническим университетом Дармштадта. Правда, при этом поначалу оно бы хотело получить ответы на многие вопросы, связанные с чистотой нашей собственной планеты. И здесь пригодятся источники терагерцового диапазона.

Первые успехи в данном направлении уже достигнуты. Именно в Дармштадте физикам удалось создать резонансно-туннельные диоды диаметром менее 0,001 мм, способные принимать и излучать электромагнитные волны с частотой до 3 терагерц.

Это обстоятельство и побудило меня избрать местом своей работы технический университет Дармштадта. Я полагаю, что тот опыт и оборудование, которым уже обладают мои коллеги по университету, помогут и мне в моих собственных исследованиях.

Терагерцоеые датчики для видеокамеры пока выглядят не очень впечатляюще.

Вообще-то этот способ космических путешествий достаточно давно разработан на страницах научно-фантастических книг. Но вот теперь, похоже, и на практике дошла очередь до строительства ракетного двигателя, работающего на антивеществе.

С точки зрения американского инженера Стива Хау и его сотрудников, работающих в Институте перспективных исследований НАСА, в полете к Плутону нет никаких особых технических сложностей. Ведь самая дальняя планета Солнечной системы находится на расстоянии всего лишь 40 астрономических единиц. То есть всего лишь в сорок раз дальше, чем Земля от Солнца.

Группа Хау сейчас планирует гораздо более дальний полет. Ученые намерены отправить исследовательский аппарат к так называемому облаку Оорта, отстоящему от Солнца еще в б раз дальше, чем орбита Плутона, а именно на 35 млрд. км.

Чтобы добраться до этого облака, состоящего, по мнению астрономов, из комет и астероидных обломков, аппаратам «Пионер-10», «Вояджер-1» и «Вояджер-2» понадобится еще несколько десятилетий. Ведь «Вояджер-2» спустя 25 лет после своего запуска пока пролетел всего лишь 77 а.е. из 250, отделяющих наше светило от облака Оорта.

Понятно, что отправляться в столь дальнее путешествие на нынешних химических ракетах — дело бесперспективное. Поэтому Хау и его сотрудники работают сегодня над созданием ракетных двигателей нового типа, работающих на… антиматерии!

При этом вместо постройки больших двигателей, работающих, например, на термоядерной энергии, и соответственно больших и тяжелых космических аппаратов инженеры стремятся обойтись возможно более компактными, но скоростными аппаратами.

На первый взгляд такой корабль представляет собой еще один вариант солнечного парусника, неоднократно описанного фантастами, и будет разгоняться под действием светового давления. Однако парус этот будет площадью не в несколько квадратных километров, а всего лишь 5 м в диаметре.

Во-вторых, он будет двигаться световыми потоками, которые будут выбрасываться из самого летательного аппарата при помощи реакции аннигиляции — то есть соединения атомов материи и антиматерии.

«Когда античастицы будут сталкиваться с поверхностью паруса, — поясняет Хау, — возникает тяга двоякого рода. Во-первых, крошечные взрывы антиматерии, конечно же, ударят по парусу. Во-вторых, при аннигиляции, что еще более существенно, возникнет взаимодействие между античастицами и тонким слоем урана-235, покрывающего поверхность паруса. При этом произойдут миниатюрные реакции ядерного распада, которые дадут дополнительные потоки энергии.

Цель исследователей — создать аппарат, способный покрыть расстояние в 250 а.е. всего за 10 лет или даже быстрее. По предварительным расчетам, он сможет за 4 месяца разогнаться до скорости 415 тыс. км/ч, или до 116 км/с. Для сравнения, тот же «Вояджер-2» имеет скорость чуть больше 17 км/с.

Конечно, на пути создания реального аппарата, приводимого в движение антиматерией, еще немало трудностей. Основная из них — проблема хранения античастиц. Ведь их невозможно хранить в топливном баке — они просто аннигилируют, едва коснувшись его стенок. Поэтому группа Хау ныне рассматривает два гипотетических способа длительного хранения антиматерии.

Один из них заключается в удержании антипротонов в контейнере с замороженным водородом. С помощью магнитного поля и низкой температуры античастицы, возможно, удастся удерживать от столкновения со стенками контейнера все время полета.

Другой способ предполагает предварительный синтез из позитронов и антипротонов — этих зеркальных близнецов нормальных электронов и протонов — антиатомов антиводорода. «Ну а антиводород — говорит Хау, — мы, возможно, сможет хранить в так называемой ловушке Йоффе, если нам удастся ее построить»…

Ловушка эта опять-таки представляет собой скопище силовых электромагнитных полей определенной формы — скажем, полого шара. Внутри его и будут храниться частицы антиматерии в виде этаких антиснежинок.

Допустим, однако, что проблема хранения так или иначе решена. Но ведь нужно еще иметь и что хранить? Откуда взять антиматерию?..

Пока ее синтез сопряжен с огромными трудностями. Даже в самых современных физических лабораториях — например, в европейском ЦЕРНе, близ Женевы, или в американской Национальной лаборатории имени Ферми в Батавии, штат Иллинойс, — пока удается синтезировать лишь миллиардные доли грамма антиматерии. Таким образом, чтобы обеспечить запасами топлива даже самую экономичную энергетическую установку, необходимо увеличить производительность синтеза в десятки тысяч раз.

Для этого прежде всего необходимо построить охлаждающее кольцо, внутри силовых линий которого получились бы и хранились антиатомы антиматерии. Создание такого кольца обойдется по меньшей мере в 20 млн. долларов. А такие суммы, согласитесь, на дороге не валяются.