Количество антивещества в магнитосфере Земли

В работе оцениваются потоки антипротонов в радиационных поясах и определяется полная масса античастиц в маг нитосферах Земли и других планет Солнечной системы с целью изучения возможности использования антивещества для космических полетов в гелиосфере .

Antiproton fluxes in radiation belts are estimated and the total mass of antiparticles in magnetospheres of the Earth and other planets of the Solar System is determined for the purpose of using the antimatter in space missions in the heliosphere.

Антипротоны ( p ) возникают при взаимодейст вии галактических космических лучей ( ГКЛ ) с оста точной атмосферой в реакции pp → ppp p и при рас паде антинейтронов ( n ) альбедо , возникших в ре акции pp → ppn n . Антипротоны захватываются магнитосферой , образуя радиационные пояса анти частиц , в которых поток определяется решением уравнения

F ( E ) d ( dE- )

+—I F p ( E p ) - p ( E p ) I = Q ( E p ), (1)

E inel ^dEp к dx ;

где Q ( E_{p %} ) – спектр генерации антипротонов , λ _inel – пробег до неупругого взаимодействия антипрото нов [1].

На рис . 1 показан поток захваченных антипрото нов , полученный из решения уравнения (1) с учетом радиальной диффузии [2]. Поток имеет максимум на L = 1.2, питч - углы составляют 90±8°, спектр резко падает при энергии 1–2 ГэВ . Поток антипротонов в максимуме пояса примерно в 6–60 раз больше , чем поток галактических антипротонов в гелиосфере .

ГКЛ рождают в ядерных реакциях в атмосфере в 30000 больше нейтронов , чем антинейтронов . При этом нейтронов , летящих в обратную полусферу по отношению к направлению падения ГКЛ , рождается в 10⁹ больше , чем антинейтронов [3]. Подобно тому , как от распада нейтронов альбедо появляется внут ренний радиационный пояс протонов (>30 МэВ ), распад антинейтронов приводит к формированию пояса антипротонов с потоками в 30000–10⁹ мень шими , чем для протонов . На рис . 2 показан поток антипротонов от распада антинейтронов для отно шения n / n = 10⁹. Поток в максимуме пояса пример но в 10 раз больше , чем поток от прямого рождения пар ; максимум такого пояса расположен на L =1.4– 1.5. Полная масса античастиц в поясе от прямого рождения пар ( p p ) и в поясе от распада n равна ~ 0.1 и ~ 0.150 нг соответственно . Верхний предел потока антипротонов во внешнем поясе от распада антинейтронов получается , если взять отношение n / n =30000. Такой поток примерно в 10⁴ выше , чем на рис . 2.

Недавно Бикфорд в частном сообщении показал , что проинтегрированный по питч - углам от 0 до 90º поток антипротонов от распада антинейтронов при мерно в 1000 раз больше , чем предполагавшийся при

L-shell,REarth

Рис . 1. Поток захваченных антипротонов от прямого рождения пар pp .

Рис . 2. Поток захваченных антипротонов от распада антинейтронов для n / n = 10⁹.

отношении n / n = 10⁹, и содержит 160 нг антивещест ва . Для 45- дневного полета к Марсу достаточно 30 нг антивещества [4].

Предварительные очень грубые технические оценки , сделанные в [5], показывают , что масса ан типротонов составляет ~6 и ~14 мкг в магнитосферах Юпитера и Сатурна соответственно . Содержание ан тивещества в магнитосферах этих планет позволяет практически использовать его в качестве реактивного топлива для полетов в гелиосфере .

Количество антивещества в магнитосфере земли