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basado en la ciencia - ¿Se puede usar un anillo acelerador para obtener energía ...

¿Puede el universo perder energía?
habboin 22/09/2021 Universo 1183
Permítanme comenzar abordando el tema de los imanes. El Gran Colisionador de Hadrones, por ejemplo, requiere 1232 imanes dipolos que generan campos magnéticos de 8,3 tesla. Tengo algunas dudas de que la revista de tierras raras ...

Permítanme comenzar abordando el tema de los imanes. El Gran Colisionador de Hadrones, por ejemplo, requiere 1232 imanes dipolos que generan campos magnéticos de 8,3 tesla. Dudo un poco que los imanes de tierras raras puedan lograr esto correctamente; individualmente, parecen incapaces de alcanzar campos de más de ~ 1 tesla, ni son capaces de mantener ese campo lo suficientemente lejos de los imanes. Podría compensar esto combinando muchos juntos, pero no estoy convencido de que sean adecuados. Tampoco estoy convencido de que puedan producir la geometría de campo que desea, pero podría estar equivocado.

Si no podemos usar imanes de tierras raras y tenemos que recurrir a imanes superconductores viejos y regulares, bueno, eso acabaría con la idea por completo. Estos imanes deben enfriarse a solo 1,9 grados por encima del cero absoluto. Eso cuesta dinero y electricidad. Cuando se utiliza el colisionador, el CERN requiere 200 megavatios de energía, es decir, aproximadamente un tercio del consumo de energía de Ginebra, y gran parte de esa energía no se destina al haz de partículas.

Dejemos de lado esa dificultad particular. Si desea calcular las pérdidas debidas a la radiación de sincrotrón, la potencia emitida por una partícula con carga $ q $ y masa $ m $ recorriendo una órbita circular con radio $ r $ a una energía $ E $, con una velocidad cercana a la velocidad de la luz, es aproximadamente $$ P \ approx \ frac {2kq ^ 2 (E / mc ^ 2) ^ 4c} {3r ^ 2} = \ frac {2kq ^ 2E ^ 4} {3m ^ 4c ^ 7r ^ 2 } $$ Para el LHC, estableciendo $ m $ y $ q $ como la masa de un protón, $ r $ como el radio del LHC (aproximadamente 4,3 km) y $ E $ como 7 TeV, obtenemos una potencia pérdida por protón de $ 7.73 \ times10 ^ {- 12} $ Watts, lo que realmente no es tan malo. Por otro lado, 7 TeV corresponde a aproximadamente $ 10 ^ {- 6} $ Joules, por lo que en realidad está perdiendo una cantidad significativa de energía en el transcurso de días a semanas (teniendo en cuenta que $ P $ disminuirá a medida que las partículas perder energía). En resumen, tenemos que considerar las pérdidas de energía, aunque podría mitigar esto aumentando $ r $ (¡ay!).

¿Podrías recuperar esto? Bueno, deberías tener en cuenta el espectro de radiación de sincrotrón; las partículas de mayor energía tienen un pico de emisión a mayores energías de fotones, con un pico de emisión a una longitud de onda $ \ lambda_c $ que escala como $$ \ lambda_c \ propto \ frac {1} {E ^ 2B} $$ Esto podría representar un desafío si Estoy tratando de crear algo como un panel solar dentro del tubo de haz, aunque también me preocuparía mucho que ese dispositivo tipo panel solar sea golpeado por partículas relativistas, ¡ya que el haz no es perfecto! Entonces, quizás un sistema basado en la absorción directa de fotones sería problemático.

Finalmente, tenemos la cuestión de cuánta energía se puede almacenar, y existen límites fundamentales sobre cómo las partículas energéticas individuales en los haces de un acelerador pueden basarse en las propiedades de dicho acelerador. Las energías más altas requieren campos magnéticos más fuertes, aceleradores más grandes o más partículas por haz, lo que presumiblemente también está limitado por restricciones de ingeniería. No sé cuál es el límite máximo, pero estoy seguro de que hay uno.

En breve:

Me gustaría ver alguna evidencia de que el enfoque de tierras raras podría funcionar.Si usa imanes superconductores, todo esto no será eficiente.Simplemente usando el LHC como modelo, las pérdidas de sincrotrón se vuelven importantes en las escalas de tiempo de días o semanas Tal vez puedas recuperar esa pérdida, pero no veo cómo. Los dispositivos normales de absorción de fotones corren el riesgo de resultar dañados.