Dejando de lado las preocupaciones de contención por ahora; ¿Cuánta energía se necesitaría para crear antimateria? ¿Y cuánto recuperaríamos usándolo como combustible en un reactor de materia-antimateria?
Lo que me preocupa es que la cantidad de energía que pones en hacer antimateria es menor que la cantidad de energía que recuperas durante la aniquilación. También buscaba tener una idea general de cuánto ganaría o perdería.
En general, la evaluación de L.Dutch sobre los retornos de energía de la antimateria sintetizada es correcta. Pero hay algunas consideraciones.
L.Dutch se refiere al método de producción de pares para crear antimateria. La producción de pares es la creación de una partícula y una antipartícula a partir de un bosón . Un fotón (que es un bosón) con más de 1.022 MeV de energía puede formar un electrón y un positrón . Sin embargo, existe otro método, que es la emisión de positrones , a partir de la desintegración radiactiva de ciertos isótopos.
OP sugiere en los comentarios que solo tiene que crear la antimateria, y no la materia, por lo que podría recuperar más de lo que costó hacer la antimateria. Para la producción de pares, como has visto, siempre se produce tanto una partícula como una antipartícula, así que esto no te ayuda. Tienes que producir tanto la materia como la antimateria.
Pero esto no es necesariamente algo malo. Incluso si le cuesta más energía (contando las ineficiencias de producción) producir un gramo de antimateria de lo que obtendría aniquilándola para obtener energía, esa puede ser una buena idea. Este es básicamente el principio del automóvil eléctrico: se necesita más energía en la planta de energía para generar electricidad para su automóvil que la que obtiene su automóvil al usar su batería llena de energía. Pero esto sigue siendo una buena idea, porque el automóvil es un sistema de transporte móvil, y simplemente no puede tener una planta de energía de alta eficiencia o una turbina de viento verde en su automóvil para proporcionar energía. Necesitas la batería de menor eficiencia. Del mismo modo, si está utilizando un cohete de antimateria para viajar por las estrellas, no tiene ninguna alternativa. Necesitas la antimateria para impulsar tu cohete,
Pero volvamos a la emisión de positrones. Esto le permite evitar 'crear' anti-materia en absoluto. Si encuentra una manera de obtener una gran cantidad de cierto isótopo y luego atrapar todos los positrones que emite a medida que se descompone, entonces básicamente está obteniendo antimateria de forma gratuita.
La forma en que esto se hace ahora es con un ciclotrón , con un método como la tomografía por emisión de positrones (PET). El ciclotrón se utiliza para crear los isótopos deseados que se someterán a la emisión de positrones a medida que se descomponen. Sin embargo, hay dos desventajas de usar esto como fuente de energía. Primero, está creando directamente los isótopos en cuestión con un acelerador de partículas, por lo que se encuentra con la misma restricción de entrada/salida de energía. En segundo lugar, no existe ningún método para capturar los positrones generados.
Para 'minar' la energía libre de los isótopos emisores de positrones, debemos encontrar una fuente de ellos en la naturaleza que podamos explotar.
La mayoría de los isótopos utilizados para PET tienen vidas medias cortas, por diseño. Después de todo, el propósito es que pequeñas cantidades de tales isótopos emitan suficiente radiación para ser detectables por instrumentación médica. Pero hay algunas opciones con vidas medias cortas y largas que se pueden encontrar en la naturaleza.
El potasio-40 es uno de los isótopos más importantes de esta lista, con una vida media de 1250 millones de años. Es una de las principales razones por las que el núcleo de la Tierra está tan caliente, ya que la desintegración radiactiva del potasio con el tiempo ha seguido aumentando el calor hasta el día de hoy. Tiene una abundancia natural de 0.012%, por lo que en cualquier lugar donde encuentre potasio, encontrará K-40. Es de destacar que, dado que se produce en supernovas, es más común en sistemas jóvenes. Si miraras en la nube de polvo de una estrella que explotó, K-40 sería al menos 30 veces más común que en la Tierra.
El nitrógeno-13 tiene una vida media corta, pero a veces lo producen los rayos. No solo podrías encontrarlo potencialmente en la atmósfera de la Tierra, sino también en otros planetas con rayos y compuestos de nitrógeno. Venus tiene relámpagos, pero poco o nada de nitrógeno en su atmósfera. Júpiter y Saturno tienen amoníaco en las nubes altas e hidrosulfuro de amonio en las nubes bajas. No conozco ninguna forma de capturar N-13 a los pocos minutos de un rayo en Saturno, pero al menos es teóricamente posible.
La fórmula mágica aquí es la conocida
Para crear una masa dada de antimateria (suponiendo que el rendimiento de la conversión de materia de energía es del 100 %), necesita exactamente la misma cantidad de energía que obtendría con la aniquilación.
Entonces, a menos que encontremos una mina de antimateria o una fuente de energía disponible "gratis", no tiene sentido sintetizar antimateria y luego quemarla (también porque comenzaríamos a poner rendimientos en la imagen, por lo que no podríamos alcanzar romper incluso si tuviéramos que pagar por la energía utilizada inicialmente. Usar una energía de costo 0 en su lugar hace que cualquier pequeño resultado de energía sea una ganancia neta).
Su pregunta es la misma que "¿por qué no sintetizamos gasolina para hacer funcionar nuestros autos?" Usamos gasolina porque el petróleo ya está almacenado en el suelo.
Tiene razón el primer comentario. En todos los casos, cuando se trata de finitudes, se pierde energía al sintetizar combustible.
Si piensas en un globo como un mecanismo de almacenamiento, entonces la energía perdida es de:
Para decirlo claramente, todo tipo de combustible es energía atrapada , y el proceso de atrapamiento siempre pierde energía en otra forma. La eficiencia de ese proceso depende tanto de las circunstancias naturales como de nuestro propio conocimiento técnico, pero en un caso ideal alcanza un máximo de alrededor del 95 %.
En comparación, nuestros mecanismos de almacenamiento de energía actuales tienen una eficiencia de ida y vuelta que va desde el 45 % (hidrógeno) hasta el 95 % (batería de iones de litio que no está llena a su máxima capacidad) en el mundo real, más del 87 % ( Tesla Powerwall). Para la conversión descendente de fuel-oil a gasolina, hay una eficiencia de alrededor del 85%, pero la energía no tiene que generarse, ya que estamos usando energía encontrada.
El verdadero impulsor de estas tecnologías es la conveniencia y la aplicabilidad a un propósito particular . Incluso para cohetes, utilizamos los combustibles más convenientes y aplicables para ese propósito específico . El hidrógeno se genera con una eficiencia del 60-90 % y se pierde mucha energía en el proceso de quemar el combustible para lanzar el cohete al espacio. Pero, hace el trabajo. Para los automóviles, ahora que la electricidad se puede almacenar en densidades de energía que son paralelas a la gasolina (no del todo, pero lo suficientemente cerca), estamos cambiando a electricidad, porque es más fácil. La aplicabilidad del combustible para el propósito específico y la dificultad de manejar el material importan mucho.
El quid de la cuestión es que la eficiencia de la creación no puede separarse de manera realista de la dificultad de manejar el material en sí. Y lidiar con la antimateria es DIFÍCIL . Si está cargado, o si es antimateria ferrosa, puedes contenerlo con imanes. Si no, usted puede .. ..que .. ..empuje alrededor? No. Si es ferroso, probablemente sea sólido. ¿Cómo planeas usar eso exactamente de nuevo? ..o esperar.. ..para generarlo? ¿Cómo vas a obtener un bloque de antimateria de hierro, incluso si puedes generar moléculas de antimateria de hierro? ..fundirlo con láser mientras lo contiene en un campo magnético, supongo, pero... ..eesh.
Todo esto se reduce a la simple y extrema probabilidad de que mucho antes de que tengamos la capacidad de manejar fácilmente la antimateria, habremos desarrollado opciones de fusión o fisión nuclear extremadamente eficientes. Tenga en cuenta que la realidad con la que está lidiando con la densidad de energía es:
1 part antimatter + 1 part matter = 2 parts energy 1 part matter + 1 part matter via fusion or fission = 2 parts energy
editar : es decir, cualquier conversación sobre energía 'gratuita' debe considerar que todo lo nuclear, incluida la antimateria, tendrá una gran sobrecarga, pero es la recolección de energía gratuita. Los avances en nuclear en este punto vendrán en limpieza y controlabilidad, como con reactores de sal fundida y fisión láser. Estos procesos serán convenientes desde nuestro punto de vista actual y se mejorarán a medida que pase el tiempo. /editar
..y el segundo es más fácil de trabajar y, por lo tanto, más fácil de generar procesos eficientes. Una vez más, podemos contar con la idea de que para una tecnología manejable y de fácil acceso con buenas condiciones naturales, alcanzaremos un máximo de alrededor del 95 % de eficiencia, de ida y vuelta. ..y eso será mucho después de que la cosa se usara de manera ubicua.
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