Ahora, quitando el costo de producirlo/recolectarlo, supongamos que de alguna manera perfeccionamos una fórmula o encontramos una fuente natural (porque actualmente es muy prohibitivo), ¿qué tan factible sería usar antimateria como fuente de combustible principalmente para viajes espaciales/exploración? ? Además de eso, ¿cuánto necesitarías para impulsar una nave estelar, digamos, una clase FireFly?
¿Podría almacenarse de forma segura en una gran cantidad? No es como si tuvieras una pequeña fuga y pudieras repararla rápidamente.
De Wikipedia :
La reacción de 1 kg de antimateria con 1 kg de materia produciría 1,8 10 17 J (180 petajoules) de energía (según la fórmula de equivalencia masa-energía, E = mc 2 ), o el equivalente aproximado de 43 megatones de TNT, un poco menos que el rendimiento de la bomba Tsar de 27 000 kg, el arma termonuclear más grande alguna vez detonado.
El principal problema de la antimateria sería la contención. No puedes ponerlo simplemente en un contenedor normal, porque el contenedor normal estaría hecho de materia y la antimateria se aniquilaría con él. Por lo tanto, debe encontrar una manera de mantener la antimateria a salvo lejos de cualquier materia en su nave. Al mismo tiempo, también debe permitir que se transporte de manera segura al lugar de reacción donde ocurriría una aniquilación controlada con materia.
La única forma de contener y manipular la antimateria sería usando campos. Asumiendo que no tienes un campo de fuerza especial como Star Trek, eso significaría campos electromagnéticos. Probablemente, la antimateria se mantendría magnéticamente como un plasma, de manera bastante similar al hidrógeno en un reactor de fusión (el gas de hidrógeno caliente en el reactor de fusión también debe mantenerse alejado de las paredes, aunque allí está debido a su alta temperatura).
El consumo mundial anual de energía está entre 100 y 200 petavatios-hora. Usando su número citado (un petavatio-hora es 3600 petajoules), para producir esa energía, se necesitarían entre 4 y 8 toneladas métricas de antimateria para satisfacer las necesidades energéticas mundiales actuales durante todo un año. La cantidad de energía que necesitaría un barco, por supuesto, depende de qué tan rápido necesita ir, con qué frecuencia necesita acelerar/desacelerar (el vuelo no acelerado es gratis), qué tan eficientes son sus motores y con qué frecuencia puede reabastecerse de combustible. pero creo que es seguro asumir que será significativamente menor que la actual producción mundial anual de energía. Por lo tanto, creo que incluso un solo gramo de antimateria debería ser más que suficiente; probablemente necesitaría solo unos pocos miligramos.
Abordaré el almacenamiento de antimateria, porque eso es lo único en su pregunta que los humanos han hecho con éxito hasta ahora. Si bien es posible que algún día construyamos un dispositivo de propulsión basado en antimateria, está muy lejos. Afortunadamente, almacenar antimateria es mucho más fácil de hacer.
Actualmente, la mejor manera de almacenar antimateria es una trampa de Penning . Utiliza un campo magnético y un campo eléctrico para almacenar partículas cargadas. La razón por la que necesitamos ambos es que un campo magnético o un campo eléctrico no pueden mantener una partícula en una posición estable por sí solos gracias a un resultado matemático conocido como el teorema de Earnshaw . Usar ambos tipos de campos acaba dándonos la estabilidad requerida. Este enfoque, por supuesto, nos restringe al uso de partículas cargadas, por ejemplo, protones y electrones, pero esto no es un problema importante, ya que estos son los tipos de antimateria que son más fáciles de producir.
Desafortunadamente, las trampas Penning se utilizan principalmente para almacenar antimateria, no para proporcionar una cámara de aniquilación. Cuando pones la antimateria en contacto con la materia, no puedes simplemente tenerla en el área de almacenamiento. Si está en un área de almacenamiento pequeña, la energía liberada puede destruir la trampa Penning (o cualquier otra cosa que esté usando). Si está en un área de almacenamiento grande, la explosión probablemente no estará cerca del extremo de la nave que designes en la parte trasera. De cualquier manera, la explosión no se dirigirá hacia atrás, como ocurre con un cohete típico.
La solución como esta podría ser acelerar la antimateria y sacar la materia al final de la nave espacial. Los aceleradores de partículas hacen esto a través de imanes superconductores. El problema es que estos aceleradores son increíblemente grandes: ¡el Gran Colisionador de Hadrones tiene una circunferencia de 27 kilómetros! Quizás eso sería difícil de hacer en una pequeña nave espacial. Para resolver ese problema, sugeriría usar un pequeño motor de iones para acelerar la materia y la antimateria. Haz que aceleren perpendiculares entre sí y lejos de la nave, y podrías dirigir la explosión hacia la parte trasera.
La idea no es perfecta; por ejemplo, liberar cualquier partícula de la trampa provocará distorsiones en la forma de los campos, lo que podría romper la estructura requerida para la estabilidad. Dado que se necesitará combustible de forma esencialmente continua, esto podría ser un problema importante, ya que incluso pequeñas desviaciones de la configuración deseada pueden crecer con el tiempo. Afortunadamente, solo es necesario desviar pequeñas cantidades a la vez, ya que la respuesta de celtschk demuestra que las tasas de consumo de combustible son bajas .
La aniquilación a menudo produce partículas ligeras de alta energía (cuantos gamma, electrones, positrones y neutrinos) que pueden no ser muy triviales de usar. Si desea propulsar una nave espacial, debe dirigirlas de la misma manera hacia el escape. Si quieres cocinar tu cena, estas partículas de alta energía deben pasar su energía a los átomos circundantes de alguna manera en lugar de simplemente volar.
Esto puede funcionar con algún dispositivo especialmente diseñado, pero puede no ser fácil y probablemente se pierda algo de energía durante la conversión.
El potencial del almacenamiento de antimateria está más allá de nuestro alcance, debido al hecho de que los científicos del CERN han descubierto una 'trampa' electromagnética para contener antimateria, sin embargo, como se dijo en comentarios anteriores, sería difícil impulsar una nave de cualquier tipo. usándolo
Esto se debe a que la teoría de Einstens (E = mc^) establece que la energía de la aniquilación de materia y antimateria se liberaría de dos maneras con fotones, por lo que parte de la energía golpearía la nave, lo que podría causar daños y el resto de la energía sería ineficiente. Sin embargo, si pudieras manipular la antimateria para enviar la energía en explosiones concentradas a la nave usando algún tipo de escudo deflector, entonces posiblemente podría impulsar la nave.
También existe la posibilidad de diseñar un colisionador de hadrones 100% eficiente que dirija el producto final de antimateria hacia la parte trasera de la nave, resolviendo así la cuestión de almacenarlo como combustible. Nunca se sabe: a principios de 1900, nadie pensó que sería posible ir a la luna, y lo hicieron debido a los avances tecnológicos en 1969.
También existe la posibilidad de usar antimateria para reemplazar los combustibles fósiles, ya que en 2008 solo se necesitaban 368 kg de antimateria para alimentar el mundo hasta el hecho de que cuando se aniquila libera 1.8x10^17j de energía y, por lo tanto, podría reemplazar la energía del mundo. problema, si, por supuesto, construye un colisionador 100% eficiente y luego no se desperdiciaría electricidad en el proceso, ya que es muy costoso; también si se podrían producir mayores cantidades de antimateria en la colisión de partículas. ¡Espero que mi respuesta haya sido estándar y detallada!
Imagina un anillo donde las partículas vuelan a alta velocidad en círculos, contenidas magnéticamente, como un acelerador de partículas... pero con tres modos: acelerando/estable/apagado.
Las partículas corren continuamente en una rotación. Cuando necesitas usar energía, desvías una sola partícula o más a través de una puerta hacia el motor donde golpea un objetivo hecho de materia ordinaria... Esto generará fotones que calentarán un motor de ciclo rankine... Simple y efectivo. ..
Hay un problema con la antimateria que hace que esto sea un problema para mis juegos y ficción: YMMV.
La antimateria es extremadamente útil para el almacenamiento de energía. Si estuviera disponible, no tengo ninguna duda de que impulsaría naves espaciales y estelares de todo tipo.
El problema es que la humanidad parece dispuesta a armar todo lo que pueda tener en sus manos. Y la antimateria es muy fácil de convertir en un arma. Dado que la única forma de contener antimateria (con nuestras teorías actuales) involucra campos magnéticos y eléctricos activos, todo lo que tenemos que hacer es apagar los campos, y la antimateria reacciona con la materia con la que entra en contacto, ¡y puf!
Estoy seguro de que si los ingenieros trabajan en ello, se podría construir una bomba de materia-antimateria que sería un poco más peligrosa (y más pequeña) que romper una unidad de contención estándar, pero eso no es necesario.
Otros problemas incluyen la radiación incidental cuando la materia/antimateria se juntan en pequeñas cantidades (en grandes cantidades, la explosión es probablemente más preocupante).
En una historia, usaron antimateria en cantidades visibles como fuente de energía. No recuerdo el nombre, pero en esta historia la posibilidad de una gran explosión era baja. Cada vez que la materia chocaba con la antimateria, provocaba una pequeña explosión que se llevaba la mayor parte de la materia. Entonces fue como si la antimateria se evaporara lentamente, por lo que no hubo una gran explosión. Sin embargo, en realidad, incluso con esta "ebullición" lenta, creo que la radiación mataría a todos los que la rodean.
Por eso evito tener grandes cantidades de antimateria en mis ficciones. Lo siento.
No utilizable como 'combustible' en un futuro previsible, pero eminentemente utilizable en la fusión iniciada por antimateria.
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