반물질 채굴

소개

고에너지 우주선이 행성이나 그 위성의 대기, 고리 시스템, 또는 표토와 상호작용하면 고에너지 입자 샤워가 발생한다. 이러한 입자들 중에는 반중성자가 포함되어 있다. 중성자와 마찬가지로 자유 반중성자는 불안정하며 반감기가 15분이고, 반양성자, 양전자, 그리고 전자 중성미자로 붕괴된다. 이 붕괴가 행성의 방사선 벨트 내에서 발생하면, 반양성자는 행성의 자기장에 포획되어, 자기 극 사이를 앞뒤로 튕기면서 자기력선 주위를 나선형으로 회전하게 된다.

반양성자는 두 번째 특이점 이하에서 생산하기 가장 어려운 반물질 구성 요소이다. 따라서 자연적으로 발생하는 이 반양성자 원천은 포획하고 추출할 수 있는 귀중한 재생 가능 자원이 된다. 행성 주위에 한 번에 저장되는 반물질의 양은 대규모 직접 에너지 생산, 추진, 또는 산업적 사용에는 너무 적다. 예를 들어, 전형적인 베이스라인 거주 가능 행성은 수십 메가줄 정도의 반양성자만 저장하며, 수십 밀리와트의 속도로 방사선 벨트를 반양성자로 채운다. 그러나 소량의 반물질은 입자 빔으로 주입되면 악티늄족 원소(일반적으로 U-238)의 아임계 질량에서 핵분열을 시작하는 데 사용할 수 있다. 반물질을 핵분열 촉발제로 활용할 수 있는 능력은 방사선 벨트 채굴을 가치 있는 일로 만든다.

반물질 채굴 기술

전형적인 반물질 채굴 기지는 자연 반물질 생산량이 높은 행성의 방사선 벨트를 통과하는 적도 궤도의 플라즈마 안테나로 구성된다. 플라즈마 안테나는 회전 자기장을 생성하는 일련의 자기 루프로 구성된다. 이 자기장은 방사선 벨트에 포획된 플라즈마에 전류를 유도하며, 이 유도 전류는 유사한 크기의 물리적 루프의 직류로 얻을 수 있는 것보다 훨씬 강한 자기장을 생성한다.
(참조 http://www.niac.usra.edu/files/studies/abstracts/860Slough.pdf )

반양성자가 자기장에 충돌하면 자기력선을 따라 전달된다. 속도를 늦출 수 있다면 자기장에 포획되어 안테나가 생성한 플라즈마 전류 주위를 끝없이 회전하게 된다. 이를 해내는 몇 가지 기술이 있으며, 가장 효과적인 것은 라디오 주파수 장으로 반양성자를 공명적으로 감쇠시키는 것이다.

일단 포획되면 플라즈마 안테나 자체가 반물질 격납 장치로 작동할 수 있다. 그러나 반양성자를 양전자로 중성화하여 물리적 트랩에 수집하는 것이 더 일반적이다. 이를 통해 채굴 기지를 이동하지 않고도 반물질을 편리하게 운송할 수 있고, 핵분열 유도 입자 빔을 위한 추출도 단순화된다.

반물질 탐사

반물질을 포획하려면 행성이 자기장을 가지고 있어야 한다. 더 큰 자기장은 더 높은 에너지의 반양성자를 포획할 수 있고 포획 전에 반중성자가 붕괴할 시간을 더 많이 허용한다. 그러나 더 강한 자기장은 행성 대기에 충돌하는 우주선을 줄일 수도 있다.

더 큰 행성은 우주선 상호작용을 위한 더 넓은 표면적을 제공하므로 더 작은 행성보다 더 많은 반물질을 생성한다. 위성의 존재도 우주선과의 상호작용을 증가시키지만, 위성은 포획된 반양성자와 충돌하여 소멸시킴으로써 반물질을 제거할 수 있다. 밀집된 확장 고리 시스템은 고리의 상당한 표면적 때문에, 그리고 고리에서 생성된 반중성자가 포획되기 위해 고리 밖(Out of the Loop)으로 다시 산란할 필요가 없기 때문에 반양성자 생산 속도를 크게 늘린다. 관통하는 반중성자도 고리를 빠져나가 행성의 자기권으로 들어간다.

따라서 반물질 채굴 작업을 설립하기에 이상적인 행성은 상당한 고리 시스템을 가진 큰 가스 행성으로, 연간 수백 마이크로그램의 반물질 생산률을 낸다. 상당한 고리 시스템이 없는 목성형 행성은 연간 수 마이크로그램을 생산할 수 있으며, 얼음 행성은 연간 약 1 마이크로그램을 생산한다. 자기장을 가진 큰 지구형 행성은 연간 수 나노그램 정도의 생산률을 가진다.

경제적 문제

반물질을 채굴하는 것이 제조할 때보다 훨씬 저렴하다. 그러나 반물질 수요가 증가함에 따라 채굴은 수요를 따라잡을 수 없고 반물질 생산 공장이 경제적이 된다. 결국 반물질 제조가 지배적인 원천이 되고, 채굴은 수익성은 있지만 공급에서 작은 비중만 차지하게 된다.

반물질 유도 핵분열은 에너지와 우주 추진의 원천으로 핵융합과 경쟁해야 한다. 중수소/헬륨-3 핵융합은 달성하기에 기술적으로 더 어렵지만, 얼음 행성과 가스 행성으로부터 거의 무제한의 연료 공급원을 지닌다. 그러나 모든 헬륨-3 연료는 이러한 거대한 행성의 매우 큰 중력 우물 바닥에 있다. 에너지 생산을 위한 핵융합은 가스 행성 헬륨을 필요로 하지 않지만, 물이나 암모니아와 같은 수소 함유 얼음이나 액체에서 발견되는 중수소를 융합하는 것으로 충분하며, 특히 삼중수소 증식을 위한 리튬 공급원이 있는 경우 더욱 그렇다. 중수소 또는 중수소-리튬 연료 원자로의 높은 중성자 플럭스는 중성자 활성화된 원자로 구성 요소의 방사능과 삼중수소 누출 가능성으로 인해 환경 문제를 일으킨다. 그러나 이러한 형태의 핵융합은 에너지의 대부분을 중성자 형태로 생성하기 때문에 우주 추진 성능이 크게 감소하며 중수소와 헬륨-3의 핵융합이 선호된다.

법적 및 사회적 문제

변경 지역과 느슨하게 규제되는 사회에서는 누구나 반물질 채굴 안테나를 설치하고 반물질 추출을 시작할 수 있다. 그러나 반물질은 유한한 속도로 생산되므로, 너무 많은 사람들이 이용 가능한 것을 포획하기 시작하면 채굴자당 공급량이 부족해진다. 이는 종종 분쟁으로 이어지며, 전환 기술이 없는 신규 식민지에서 반물질 전쟁이 드물지 않다. 일반적으로 이는 반물질 추출을 규제하는 법률 체계의 수립으로 이어지며, 보통 이해관계자들에게 반물질 권리를 부여하는 형태를 취한다.

역사

반물질 채굴은 테크노칼립스(Technocalypse) 이전 시대에 에너지와 추진력의 중요한 원천이었다. 기록에 따르면 Sol 항성계의 최초 반물질/핵분열 우주선은 지구 궤도를 돌며 반물질을 수집한 후, 토성으로 가속하여 수집기를 채웠다. 곧 토성은 Sol 항성계의 주요 반물질 공급원이 되었고, 목성이 그 다음이었다. 수십 년 동안 반물질은 행성 간 운송의 제한 요소였으며, 중수소/헬륨-3 핵융합이 실용화될 때까지 계속되었다.

반물질 자원을 둘러싼 첫 번째 주요 분쟁은 목성에서 [218 A.T.에] 발생했다. 반물질 이해관계자들은 위성 아말테아를 고리로 분해하여 반물질 생산을 증가시키기를 원했다. 이는 목성의 생산량이 토성을 초과하도록 했을 것이다. 그러나 이는 목성의 근접 궤도 공간 대부분을 다른 목적으로 사용할 수 없게 만들었을 것이다. 목성 식민지 개척자들은 이미 강력한 자기장을 통과하는 목성의 내부 위성들로부터 에너지를 추출하기 위한 테더 발전소를 설립했는데, 이들은 목성 고리를 만드는 과정에서 파괴되었을 것이다.

처음에는 반물질/핵분열 추진기를 가진 채굴자들이 기동성의 우위를 가졌다. 한편, 식민지 개척자들은 에너지 생산에서 우위를 가져 그들의 이익을 보호하기 위해 여러 강력한 레이저를 조립할 수 있었다. 식민지 개척자들은 레이저의 사거리가 너무 짧아 채굴자들의 반물질 수집 안테나를 직접 위협할 수 없었다. 이는 포위 상태로 이어졌는데, 채굴자들의 운동 타격은 식민지 개척자들의 레이저에 의해 격추되었지만, 식민지 개척자 정거장으로 들어오거나 나가는 모든 교통은 차단되고 파괴될 수 있었다. 이 상황은 지구의 이해관계자들이 식민지 개척자들 편에 서서 채굴자들에게 우라늄 공급을 차단할 때까지 지속되었다.

이 시기에 달의 Mare Imbrium에서 토륨과 우라늄 생산은 내수 시장을 공급하기에만 충분했다. Elysium의 화성 광상은 아직 발견되지 않았거나 생산 중이 아니었으며 기록은 명확하지 않다, 금성은 여전히 접근할 수 없었기 때문에, 지구는 여전히 핵분열 물질의 주요 공급원이었다. 이 조치는 식민지 개척자들에게 유리하게 균형을 기울게 했고, 그들은 채굴자들의 정거장과 안테나에 대한 기동부대를 보내 항복을 강요할 수 있었다[220 A.T.에].

테크노칼립스 시기에 반물질 채굴은 더 이상 중요하지 않았으며, 대부분의 반물질은 태양 근접 궤도의 태양광 발전 가속기에 의해 생산되었다. 이 시기에 중수소/헬륨-3 핵융합과 양성자/붕소 핵융합이 반물질/핵분열 추진을 대체할 위협을 가했으며, 이미 반물질/핵분열 발전 생산을 대부분 대체했다.

테크노칼립스 이후 많은 난민들은 새로운 모항성계에 반물질 채굴 시설을 설치했다. 이는 고급 반물질 생산 공장과 핵융합 추진기가 생산되기 전에 초기 정착에 필요한 자원을 제공했다.

오늘날까지도 많은 미드텍 및 주변부 식민지들은 반물질(Amat) 채굴 산업을 가지고 있으며, 특히 외부 영역(Outer Volumes)에 있는 식민지들은 다른 형태의 생산이 가능한 경우에도 그러하다.

참고문헌

Bickford Phase II pdf