¿Qué tan cerca están los ralentizadores Zeeman de ser útiles para el enfriamiento general en el espacio?

Relacionado con ¿Existen tecnologías prometedoras de enfriamiento de estaciones espaciales de próxima generación? , me pregunto específicamente sobre una tecnología que no se ha mencionado allí: los ralentizadores Zeeman. Dado que estos a) se usan para enfriar haces de átomos de al menos 290 K a 5-10 K (si no menos) yb) funcionan sin convección o conducción al provocar una mayor radiación térmica de los átomos enfriados, parece que no solo serían adecuado para el enfriamiento de uso general en el espacio, pero en todo caso, mucho más eficiente allí en comparación con los sistemas de enfriamiento de expansión-compresión que en la Tierra, ya que se saltan todo el paso de "bombear calor a radiadores enormes". Y han estado en uso durante unas tres décadas en configuraciones de laboratorio. ¿Qué me estoy perdiendo?

¿En qué sentido preguntas esto? Si está preguntando sobre la gestión térmica de partes específicas del sistema, entonces sí, los ralentizadores Zeeman podrían funcionar. Si está preguntando sobre la reducción de la entropía del sistema en su conjunto, entonces no, las leyes de la termodinámica lo prohíben. Zeeman más lento necesariamente producirá más calor del que lo eliminará, y terminará con aún más calor que necesita ser irradiado o transportado (transportado).
@TildalWave: el calor residual es creado por cualquier sistema de rechazo de calor más complicado que el estrictamente pasivo. Ese no es un obstáculo termodinámico inherente para rechazar el calor de manera más eficiente que los radiadores bombeados, ya sea en términos de calor residual generado o en términos de masa utilizada. Entonces, sí, una configuración más lenta de Zeeman con enfriamiento automático se vería obligada a irradiar más calor que la carga real del sistema, pero eso no es realmente un obstáculo teórico, como tampoco es un problema que las bombas que circulan amoníaco en la ISS generen calor.
Los ralentizadores Zeeman se utilizan actualmente para enfriar pequeñas cantidades de átomos (menos de un nanogramo, IIRC) a temperaturas muy bajas. Me sorprendería si pudiera ampliarse lo suficiente para satisfacer las necesidades de refrigeración de una estación espacial.
@Hobbes: Ese es un punto justo, así que decidí dividir esto un poco para centrarme en los dos aspectos diferentes, por lo que este puede seguir con mi pregunta original (quizás más dudosa), y el otro puede enfocarse en configuraciones criogénicas .

Respuestas (2)

Para llevar la respuesta del otro hilo aquí también:

No, los ralentizadores Zeeman no se pueden utilizar como enfriadores de estaciones espaciales.

La razón es que el flujo de calor que proporcionan está en el rango de los nanovatios.

Así que no, no están "cerca" de ser utilizados como sistemas generales de enfriamiento en el espacio, por la misma razón que colocar una rueda de agua hecha en casa debajo del grifo de la cocina no está "cerca" de proporcionarle energía gratuita a su hogar. Claro, es posible que un LED brille débilmente, pero eso es todo.

EDITAR: Se hizo la pregunta "¿Por qué no se puede ampliar esto?"

Porque hay tolerancias muy estrechas con respecto a la velocidad (velocidad y dirección) a medida que los átomos ingresan al tubo. Si tiene un haz de baja densidad , es bastante fácil de mantener, porque los átomos no interactúan. Pero una vez que se amplía para tener un flujo másico lo suficientemente significativo como para proporcionar la cantidad de enfriamiento que se necesita, entonces ya no tenemos un haz de partículas de átomos sino un flujo de gas o líquido. Esto significa que los átomos chocan entre sí y el movimiento browniniano destruye cualquier posibilidad de cumplir con las estrechas tolerancias con respecto a la velocidad de entrada.

La razón por la que una rueda hidráulica debajo de un grifo no proporciona energía gratuita es porque usted está pagando por la energía del agua. No tiene nada que ver con la escala de la energía que puedes extraer de él.
Mientras yo pago el agua caliente, recibo el agua fría gratis. Y este argumento está totalmente fuera de lugar. Todavía no puedes hacer funcionar tu casa con esa energía. 1 mW a 0 EUR no escala hasta 1 kW a 0 EUR. Y tal es el caso de los ralentizadores Zeeman.
Parecería que la pregunta es por qué no se pueden escalar.

Para enfriar la estación, debemos transportar la energía lejos de la estación. Período. Eso se puede hacer a través de la radiación, o dejando que hierva alguna sustancia.

El Zeeman más lento no hace nada de eso, y entonces estrictamente no se puede usar para "enfriamiento general". De hecho, produce más calor ya que utiliza electricidad.

Sin embargo:

Cambiar qué partes de la nave espacial están calientes o no aún podría tener un efecto. Por ejemplo, si los radiadores están más calientes, irradian más energía. El Zeeman más lento solo hace que el entorno sea un poco más caliente, por lo que los sistemas tradicionales de expansión-compresión hacen que esa parte sea mucho más eficiente. La principal ventaja del Zeeman más lento es enfriar una pequeña cantidad de átomos a una temperatura realmente baja (solo unos pocos Kelvin), por lo que puede usarse para enfriar componentes que necesitan mantenerse realmente fríos. (como superconductores u óptica de telescopio espacial). Tenga en cuenta que la salida de átomos fríos del haz es muy pequeña, por lo que cualquier componente enfriado por él debe estar muy bien aislado térmicamente.

Ese es un análisis decente, aunque hasta donde yo sé, el más lento en realidad irradia calor, y no necesariamente a ningún componente específico del sistema. Es esta observación la que me hizo considerar esto en primer lugar. Voy a ver si puedo aclarar la pregunta.
@NathanTuggy Por supuesto, el más lento puede sobresalir del costado de la nave espacial y, por lo tanto, actuar como radiador. Sin embargo, eso no es más que una pieza muy costosa de superficie adicional.
Son los átomos enfriados los que irradian principalmente; dirigir esa radiación hacia afuera sería más eficiente que un radiador normal para la misma temperatura de refrigerante. Por supuesto, si la estructura más lenta se interpone en el camino de la radiación inicial, se pierde ese beneficio.
¿Qué tan cerca están los ralentizadores Zeeman de ser útiles para el enfriamiento general en el espacio?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 1v