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baseado na ciência - pode um anel acelerador ser usado para energia ...

pode o universo perder energia
habboin 22/09/2021 Universo 1179
Deixe-me começar abordando a questão dos ímãs. O Large Hadron Collider, por exemplo, requer 1232 ímãs dipolo gerando campos magnéticos de 8,3 tesla. Estou um pouco duvidoso que revista de terras raras ...

Deixe-me começar abordando a questão dos ímãs. O Large Hadron Collider, por exemplo, requer 1232 ímãs dipolo gerando campos magnéticos de 8,3 tesla. Tenho algumas dúvidas de que os ímãs de terras raras poderiam fazer isso corretamente; individualmente, eles parecem incapazes de atingir campos de mais de ~ 1 tesla - nem são capazes de manter esse campo longe o suficiente dos próprios ímãs. Você poderia compensar isso combinando muitos, mas não estou convencido de que seriam adequados. Também não estou convencido de que eles possam produzir a geometria de campo que você deseja, mas posso estar enganado.

Se não podemos usar ímãs de terras raras e temos que recorrer a ímãs supercondutores antigos regulares - bem, isso acabaria com a ideia de uma vez. Esses ímãs precisam ser resfriados a apenas 1,9 graus acima do zero absoluto. Isso custa dinheiro - e eletricidade. Quando o colisor está sendo usado, o CERN requer 200 megawatts de energia, ou seja, cerca de um terço do consumo de energia de Genebra - e grande parte dessa energia não está indo para o feixe de partículas.

Vamos contornar essa dificuldade particular. Se você quiser calcular as perdas devido à radiação síncrotron, a potência emitida por uma partícula com carga $ q $ e massa $ m $ viajando em uma órbita circular de raio $ r $ a uma energia $ E $, com uma velocidade próxima à velocidade da luz, é de aproximadamente $$ P \ approx \ frac {2kq ^ 2 (E / mc ^ 2) ^ 4c} {3r ^ 2} = \ frac {2kq ^ 2E ^ 4} {3m ^ 4c ^ 7r ^ 2 } $$ Para o LHC, definindo $ m $ e $ q $ como a massa de um próton, $ r $ como o raio do LHC (cerca de 4,3 km) e $ E $ como sendo 7 TeV, obtemos potência a potência perda por próton de $ 7,73 \ times10 ^ {- 12} $ Watts, o que realmente não é tão ruim. Por outro lado, 7 TeV corresponde a cerca de $ 10 ^ {- 6} $ Joules, então você está realmente perdendo uma quantidade significativa de energia ao longo de dias ou semanas (tendo em mente que $ P $ diminuirá conforme as partículas perder energia). Resumindo, temos que considerar as perdas de energia - embora você possa mitigar isso aumentando $ r $ (caramba!).

Você poderia recuperar isso? Bem, você precisa levar em consideração o espectro da radiação síncrotron; partículas de energia mais alta têm emissão de pico em energias de fótons mais altas, com um pico de emissão em um comprimento de onda $ \ lambda_c $ que escala como $$ \ lambda_c \ propto \ frac {1} {E ^ 2B} $$ Isso pode representar um desafio se você estamos tentando criar algo como um painel solar dentro do tubo do feixe - embora eu também esteja extremamente preocupado com aquele dispositivo semelhante a um painel solar sendo atingido por partículas relativísticas, já que o feixe não é perfeito! Portanto, talvez um sistema baseado na absorção direta de fótons fosse problemático.

Finalmente, temos a questão de quanta energia pode ser armazenada - e há limites fundamentais para como as partículas individuais energéticas nos feixes de um acelerador podem ser baseadas nas propriedades do referido acelerador. Energias mais altas requerem campos magnéticos mais fortes, aceleradores maiores ou mais partículas por feixe, o que presumivelmente também é limitado por restrições de engenharia. Não sei qual é o limite final, mas tenho certeza de que existe um.

Resumidamente:

Eu gostaria de ver algumas evidências de que a abordagem de terras raras pode funcionar. Se você usar ímãs supercondutores, tudo isso não será eficiente. Apenas usando o LHC como modelo, as perdas síncrotron tornam-se importantes na escala de tempo de dias ou semanas. Talvez você pudesse recuperar essa perda, mas não vejo como. Dispositivos normais de absorção de fótons correm o risco de serem danificados.