Si tuviéramos un acceso más fácil a la antimateria, ¿cómo podríamos usarla?

La aniquilación de antimateria es la mejor fuente de energía por peso. Sin embargo, la antimateria no está fácilmente disponible en ningún lugar a una distancia accesible, es increíblemente difícil de producir y contener.

Sin embargo, si una sociedad con nuestro nivel actual de tecnología (o un poco más avanzada) descubriera una fuente de antimateria, ¿cómo podría usarla?

  1. Solo tener un gran trozo de antimateria flotando en el espacio. Dudo que podamos cosecharlo. Tal vez podríamos bombardearlo con partículas para hacerlo brillar y luego recolectar esa energía, pero supongo que no sería muy diferente a recolectar energía solar directamente.

  2. Si la primera versión no se puede usar en absoluto, hagámoslo mucho más fácil. Obtenemos la antimateria en bonitos paquetes autónomos (recuperados de un naufragio alienígena, o comerciando con una civilización diferente, no importa). En un contenedor de este tipo, del tamaño de una batería de automóvil, hay unos pocos gramos de antimateria, evitados electromagnéticamente para que no aniquilen las paredes del contenedor. Hay una válvula que se puede abrir para liberar una fina corriente de antimateria, pero una vez que sale, por supuesto, es libre de aniquilarse con cualquier materia, incluido el contenedor en sí, ya que solo está protegido por dentro. Por lo tanto, debe abrirse en el vacío o la antimateria debe agotarse o guiarse por diversos medios a su lugar previsto para ser aniquilada.

¿Cómo puede tal fuente de antimateria proporcionar un trabajo útil? ¿Se usaría simplemente para calentar agua que impulsará turbinas de vapor, como en una planta de energía nuclear? ¿O hay formas mucho más efectivas de extraer trabajo útil de él? ¿Cómo podría usarse para propulsar naves espaciales?

¿Cómo podríamos nosotros, con nuestro nivel de tecnología, utilizar tal fuente de antimateria? Además de amenazar con usarlo como arma rompiendo el contenedor.

Con nuestra tecnología actual, la antimateria no es factible de adquirir o usar. La NASA tiene información sobre el tema.
@Frostfyre: el problema con la antimateria es que es muy costosa de crear, se necesitan órdenes de magnitud más de energía para crearla que la que podría liberar. Es por eso que la pregunta asume que tenemos fácil acceso a él y no tenemos que producirlo nosotros mismos.
Nuestra tecnología actual es demasiado propensa al fracaso como para querer usar antimateria. Si tuviéramos más acceso a él, podrías ver reactores de antimateria, pero dudo que alguna vez veas aplicaciones personales basadas en antimateria.
Tomografía por Emisión de Positrones para escanear y destruir nuestro cerebro al mismo tiempo...
Hay un plan de la NASA sobre qué hacer con la antimateria en lo que respecta a la propulsión. Todavía no hemos resuelto el almacenamiento y envío de grandes muestras.
Mirando la historia, predigo que lo primero que haremos si alguna vez tenemos acceso fácil a cantidades significativas de antimateria es construir una bomba a partir de ella.

Respuestas (4)

Como se ha mencionado, un trozo de antimateria en el espacio terminaría aniquilándose de algo, probablemente hidrógeno interestelar. Es probable que esto haga que sea demasiado arriesgado tratar de cosechar o usar. O ya se habría aniquilado por completo. El descubrimiento de un suministro preexistente de antimateria almacenada con tecnología avanzada, o el descubrimiento de un medio hipereficiente para producirlo sería un escenario más probable.

En cuanto a los usos, aquí hay algunos.

  1. Calentar agua, hacer girar turbinas, producir electricidad. Esto no es muy eficiente, porque gran parte de la energía de la aniquilación de antimateria no es fácil de capturar.
  2. Aniquila cantidades pequeñas (léase: minúsculas) a la vez para producir explosiones controladas que pueden usarse como propulsión. Esto sería una Mala Idea tm en la atmósfera, ya que estaríamos arrojando Radiación Gamma por todos lados. Sin embargo, ya hay mucha radiación en el espacio exterior, por lo que podría usarse allí de manera segura. Consulte los artículos sobre 'propulsión nuclear' para tener una idea de un diseño para esto ( ref , ref y ref ).
  3. Usa una cantidad más pequeña de antimateria para calentar rápidamente un propulsor y expulsarlo de la nave, produciendo un sistema de propulsión menos explosivo y más controlado.
  4. CIENCIA: Aniquilar antimateria en un ambiente controlado puede mostrarnos mucho sobre la función del universo (la reacción más energética posible). Tener fácil acceso a esto permitiría muchos más experimentos, que en última instancia podrían resultar en un conocimiento muy útil.
  5. Explosivos de antimateria: para cuando no te importe enemistarte con el mundo entero. O para romper asteroides con fines mineros (o para evitar un impacto terrestre)
  6. Usos médicos: las reacciones de materia-antimateria han demostrado una utilidad experimental tanto en imágenes médicas ( ref ) como en una capacidad potencial para tratar ciertos tipos de cáncer ( ref ). El acceso gratuito a Antimateria puede ampliar este campo.

Tenga en cuenta que este último bit es PURAMENTE teórico.

Se ha teorizado que la Antimateria NO reacciona a la gravedad de la misma manera que lo hace la materia normal. Si bien muchos científicos asumen que la gravedad afectará a la materia y la antimateria de la misma manera, existen teorías que sugieren que la materia y la antimateria se repelerán gravitatoriamente entre sí. ( ref ) Nunca hemos tenido en nuestras manos un trozo de antimateria lo suficientemente grande, o incluso uno pequeño durante el tiempo suficiente para hacer algún tipo de experimento. Si sus teorías son correctas, la antimateria puede ser la puerta de entrada a los sistemas antigravedad... que podrían revolucionar por completo la exploración espacial al reducir la energía necesaria para romper el pozo de gravedad de la Tierra. Naturalmente, esto sería extremadamente peligroso si se rompiera la contención de antimateria.

Los bloques de antimateria en el espacio irían mal. Estarían iluminados con eventos de aniquilación del hidrógeno interestelar. Probablemente necesites algo para mantener la materia normal alejada de la antimateria, por lo que las cápsulas alienígenas son una buena apuesta.

La aniquilación de positrones con electrones (la más benigna de las colisiones de antimateria) inicia un par de rayos gamma con una energía de 511 keV, que es bastante. Usar un baño de agua para convertirlos en calor no es un enfoque irrazonable, aunque sería interesante tratar de encontrar formas de convertirlos en fotones de menor energía para su absorción a través de la energía fotovoltaica.

En una nota tangencial, la investigación del párrafo anterior me llevó a través de tomografías por emisión de positrones (PET). En serio, ¡qué locura es que tengamos usos médicos para la aniquilación de antimateria! ¿Por qué nos molestamos en escribir ficción? El mundo real nos ha vencido en estos días

Veo una pregunta interesante de por qué los extraterrestres nos envían antimateria. Hasta el momento, no sabemos realmente cómo crear materia nueva, así que cada vez que aniquilamos materia y antimateria para hacer funcionar nuestras turbinas de vapor, estamos perdiendo materia que simplemente no podemos recuperar. Claro, son solo unos pocos gramos... pero ¿podrían estar jugando un juego largo? Eventualmente nos quedaremos sin planeta.

"Eventualmente nos quedaremos sin planeta": Nos estamos quedando sin cosas muchos órdenes de magnitud más rápido de lo que nos quedaríamos sin materia si usáramos antimateria para cubrir todas nuestras necesidades energéticas. Si sacrificar la materia de una pequeña montaña cubriría nuestras necesidades energéticas durante los próximos millones de años, sería un "sacrificio" mucho más sensato que lo que estamos haciendo con otros recursos no renovables en este momento. Sin embargo, sus puntos son muy interesantes, pero mi pregunta principal era si podríamos encontrar un uso más eficiente o más directo de la antimateria además de las turbinas de vapor.
@vsz Es por eso que la primera parte mencionó la física real detrás de la aniquilación de antimateria: los productos son notablemente difíciles de capturar y usar de manera más eficiente que la turbina de vapor básica. Sin embargo, encuentro que un elemento básico para las historias intrigantes es una persona o cultura que intercambia algo que cree que es de poco valor, solo para descubrir que su valor era más alto de lo que nunca supo. Unos pocos millones de años es una cosa, pero el largo plazo es una historia completamente diferente. Stephen Baxter tiene un hermoso libro, Manifold Time , que cubre lo que sucede cuando tratamos de pensar más allá de millones de años.
Podríamos estar intercambiando con un universo espejo, por lo que cada uno obtiene su anti con un intercambio igual de masa.

Con la opción 2, suponiendo que los contenedores de antimateria alienígena sean a prueba de choques, usaría la antimateria para hacer cohetes. El vuelo espacial es un área en la que una fuente de energía conjunta y de baja masa es prácticamente primordial.

No cohetes que mezclen materia y antimateria en una proporción de 1:1, sino que usen muy poca antimateria para calentar una gran cantidad de propulsor. Esto podría tener el doble de rendimiento que los motores principales del transbordador espacial.

Más allá de la órbita terrestre, el uso de una caja de antimateria para proporcionar energía eléctrica a una nave espacial y para encender pastillas de combustible de fusión podría ser pasos agigantados más allá de cualquier sistema de propulsión interplanetaria a corto plazo.

Sin duda, podría usarse para la generación de energía en tierra, usándolo para convertir el agua en vapor directamente. O encendiendo pastillas de combustible de fusión, aunque me imagino que eso sería más complicado.

Lo dejaré como un ejercicio para el lector de cómo descubriríamos exactamente cómo encender el dial deja salir un poco de antimateria. O por cuántos investigadores tendríamos que pasar para averiguarlo...

Es muy deprimente que el ISP que usa antimateria sea solo el doble que un cohete químico. La NASA reclama un diseño con un ISP de 5000 como mínimo. nasa.gov/exploration/home/antimatter_spaceship.html y al menos insinúan que consideran que esto es práctico incluso considerando el alto costo de la antimateria.
@GaryWalker La cifra "solo el doble de la de un cohete químico" es para un motor de alto empuje para el transporte de superficie a órbita. No estoy seguro, pero parece que el "motor ablativo" al que se hace referencia en el artículo que vinculó está diseñado para usarse cuando ya está en el espacio. Aunque no soy positivo. Y es un artículo realmente genial, independientemente. ¡Gracias!
Estoy de acuerdo con tus declaraciones. Debería haber notado que el diseño ablativo depende de los positrones, no del antihidrógeno. Parte de la razón por la que esto es muy importante es que podemos hacer positrones mucho más fácilmente de lo que podemos hacer anti-hidrógeno, por lo que es potencialmente económico según la NASA. Tal vez estemos atascados con VASIMIR, etc. durante bastante tiempo.

La antimateria es increíblemente peligrosa. Un gran trozo de antimateria en el espacio se aniquilaría rápidamente debido a los asteroides, pequeños trozos de escombros, hidrógeno interestelar y casi cualquier otra cosa. Incluso grandes cantidades de partículas cargadas lo activarán, sin mencionar que ningún dispositivo mecánico puede tocar la antimateria sin una explosión catastrófica. (esto supone que el trozo de antimateria es antimateria sólida)

Almacenado en un contenedor electromagnético lo hace mucho más seguro, pero aún no muy seguro. Con dispositivos de transporte lo suficientemente sofisticados (como los superimanes del CERN capaces de contener antipartículas cargadas) podríamos intentar desviarlo a una cámara de reacción donde se aniquila con aire o cualquier otra materia. Esto, sin embargo, libera una gran cantidad de radiación EM de alta energía (rayos gamma) que podría ser recolectada por materiales fotoeléctricos de umbral muy alto (no es una mala idea) o desviándola hacia una gran masa de agua para calentarla, vaporizándola. . O podríamos dirigir la antimateria hacia el agua misma, haciendo que parte se destruya mientras se sobrecalienta el resto; pero, dado que la relación entre el área superficial y el volumen de una gran masa de agua no es muy buena, puede que no sea la forma más eficiente de recolectarla.

En una nota más matemática, encontremos una cantidad de energía real de un solo paquete de antimateria. Suponiendo que hay 3 gramos de antimateria por paquete (resultado final), el uso de E = mc ^ 2 (la antimateria tiene una conversión de masa-energía del 100 %) produce alrededor de 2,6962655e+17 julios, en comparación con la explosión de Hiroshima, donde se arrojaron 700 miligramos de uranio. convertido (6,2913e+13 julios). Esta cantidad de energía que se libera repentinamente es una MUY mala idea, por lo que un enfoque más gradual es una mejor manera de cosechar. Teniendo en cuenta la cantidad de energía aquí, podemos lograr una potencia mayor que la de un reactor nuclear.

TL; DR: la antimateria explota cuando toca cualquier cosa, por lo que gradualmente la convertimos en agua y la hervimos para alimentar una turbina.

Si tuviéramos un acceso más fácil a la antimateria, ¿cómo podríamos usarla?
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