Parte 4. Carreteras e intersecciones.
La parte anterior y
su resumen .
Al leer esta sección, debe comprender: todo lo que se enumera aquí no funciona o ... es potencialmente peligroso. Para cualquier oportunidad de dirigir y concentrar la energía, primero se encuentra la aplicación militar. Genghis Khan sometió la mitad del continente, dirigiendo la energía de la hierba en crecimiento (a través de los caballos) a las necesidades militares. Inglaterra colonizó la mitad del planeta, a horcajadas sobre la energía eólica. Los primeros concentradores rápidos de energía química fueron proyectiles incendiarios de petróleo y bombas de polvo. El motor de combustión interna arrastró la armadura de dos guerras mundiales a través de los campos y pantanos, y continúa sirviendo innumerables enfrentamientos en todo el mundo. Y la energía atómica primero trajo al mundo una bomba, y solo entonces un reactor pacífico. Cualquier oportunidad para frenar nuevas corrientes de energía, concentrarla o liberarla rápidamente es probablemente monitoreada por los militares.
Pero si cada elemento de la sección es fantasía o guerra, ¿por qué escribir? ¿No es mejor guardar silencio?
Hmm ... "Me gustaría ser un avestruz, pero el piso es de concreto". Creo que escribir es necesario. Si algo funciona, que todos lo sepan. Si no, bueno, que todos piensen también.
Algo asi.
Empecemos
4.1. ¿Está completamente apretado el resorte?
En general, no. Todavía hay reservas. Grave en algunos lugares.
En primer lugar, en la resistencia de los materiales. Los cohetes modernos están hechos de aleaciones metálicas. El límite de su resistencia específica está en la región de 0.3 MJ / kg. Incluso el Kevlar y la fibra de carbono dan diez veces la resistencia con el mismo peso, y esto está lejos de ser un límite teórico. Si esquivas y haces el mismo primer paso del Protón con materiales similares, entonces pesará significativamente menos, y la diferencia (al menos) se puede poner en la carga útil. En teoría Ejem ... En teoría, teoría y práctica son uno. En la práctica, por desgracia, estos maravillosos materiales para la construcción de cohetes aún no están listos. Aquí están las dificultades de fabricar grandes estructuras de formas no triviales y temperaturas de trabajo desagradables, e incluso problemas en un libro de texto de ingeniería. Pero hay espacio para cavar. Y las primeras golondrinas
[ 670 ] de los compuestos ya han volado.
Además, los nanomateriales y, en particular, el grafeno
[ 95 ] . La energía de enlace en sí entre los átomos de carbono en ella es la misma modesta 2-3 eV por átomo. Pero: a) hay tres enlaces por átomo, y esto en total da
[ 98 ] ya hasta 7.8 eV / átomo; b) el carbono es un elemento fácil, es ventajoso dividirlo por un kilogramo, y: c) la red de grafeno es absolutamente correcta, sin defectos y "enlaces débiles", lista para fallar prematuramente bajo carga. El resultado
[ 355 ] : 62-65 MJ / kg, el doble que el límite de resorte "químico". Creo que si aprendemos a diseñar celosías regulares de boro, lo que es aún más fácil, saltaremos hasta 100 MJ / kg. Y quién sabe, ¿los futuros cohetes no serán impulsados frenéticamente por volantes sin retorcer de grafeno o materiales similares?
[Y en los comentarios, me han dicho qué trabajo interesante sobre el tema [
352 ]]
La energía química del limón tampoco se exprime en la piel. Y no estoy hablando de un motor que usa una mezcla de litio, flúor e hidrógeno [
405 ], [
410 ] (tiene un impulso específico decente, pero no querré trabajar con tales mezclas para los enemigos). No, se tratará de compuestos exóticos que existen solo en laboratorios y teorías, pero prometen mucho.
Primer ejemplo
[ 420 ] ("Lo siento, no puedo decir esto" si me piden que pronuncie su nombre en voz alta):
[Crédito: Por Albris - Trabajo propio, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=47523411 ]Explota por sí solo, "sin razón aparente", liberando energía en la cantidad de 6.8 MJ / kg. La cifra no es muy impresionante, y para introducirse en cohetes esta sustancia es dolorosamente inestable. Pero tenga en cuenta: se compone principalmente de nitrógeno. ¿Parece que las cadenas de nitrógeno-nitrógeno, si se "amontonan" adecuadamente, almacenan mucha energía?
Los químicos han entendido esto y han estado construyendo
[ 265 ] estructuras cada vez más sofisticadas un poco menos de nitrógeno por más de una década. Aquí hay otro
[ 430 ] :
[Crédito: Por Meodipt - Trabajo propio, dominio público, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=13243875 ]El calor de combustión o formación, lamentablemente, no está indicado. Pero esto no importa, porque el poseedor absoluto del registro parece haber sido encontrado
[ 440 ] .
Resulta que bajo una presión de más de 1.1 millones de atmósferas y una temperatura de 2000 K, el nitrógeno entra en una modificación cristalina llamada cubic gauche (en ruso, como me dijeron, esto se llama una "modificación cubic gauche"). Y esta modificación, si solo no mienten de alegría
[ 450 ] , es estable cuando vuelve a las condiciones normales. Y se puede sintetizar con ellos. Bueno, metaestable, más precisamente. Por lo tanto, cuando se convierte en nitrógeno ordinario, libera mucha energía. Las cifras específicas difieren: según [
450 ] se liberan 15.8 MJ / kg, según Wikipedia
[ 440 ] - 27 y 33 MJ / kg. Si el último valor es verdadero, entonces, teóricamente, la velocidad de salida de un motor de este tipo puede alcanzar ≈6700 m / s. Si el primero es 4700 m / s, pero esto no está mal.
Por supuesto, 33 MJ / kg no son trescientos ni tres mil. De todos modos, es poco probable que obtenga mucho más de la química. Pero incluso una vez y media en términos de velocidad de caducidad reducen la masa inicial del cohete a veces, reduciendo drásticamente el costo de lanzamiento. Hay algo a tope. ¿Y quién sabe qué otros estados de la materia podrán obtener a altas presiones y "salir" de manera segura de allí a nuestras condiciones normales?
De la química más exótica, vale la pena mencionar:
4.1.1 Fijación de átomos de hidrógeno (¡no moléculas!) En una película de hidrógeno sólido congelado [
460 ]. Con las densidades logradas de 2 * 10
19 cm
-3, esto se convierte en una reserva de energía de 2.6 MJ / kg. Aunque en comparación con los combustibles tradicionales, la cifra parece aburrida, el enfoque en sí mismo es inusual. ¿Y quién sabe cuánto más podrá obtener de él? Wikipedia afirma
[ 470 ] que una "disolución" similar de átomos de otras sustancias en helio líquido le permite almacenar hasta 5 MJ / kg (aunque no puedo seguir el enlace para trabajar).
Los intentos
[ 480 ] para crear un condensado Bose de helio metaestable
4 He
* en el estado triplete 1s2s
3 S
1 también se incluyeron en este grupo. Si su vida media es realmente más de dos horas (y no veo ninguna razón para no creer
[ 490 ] ) con energía por átomo ya a 19.8 voltios de electrones, ¡tal asunto, en principio, puede almacenar 475 Megajulios por kilogramo! Con el "escape" en forma del helio inofensivo más puro. Por supuesto, siempre que estos estudios criogénicos puramente de laboratorio puedan ser adecuados para "moverse" al cohete.
4.1.2 Indicaciones vagas ([
500 ], [
510 ]) de tres o más valencias de cesio y bario sugieren que, al menos algunas veces, bajo ciertas condiciones, no solo la valencia, sino también los enlaces internos pueden usarse para formar enlaces químicos electrones de átomos. Desde esta comprensión en sí misma hasta el "combustible absoluto", incluso en cuanto a la luna a pie (juego de palabras), pero hay algo con lo que soñar razonablemente.
4.1.3 La sal derretida es poco prometedora, pero ¿qué pasa con la sal evaporada? Los calores de vaporización de algunas sustancias son muy altos
[ 680 ] . Entonces, el berilio gaseoso, cuando se condensa, libera energía en la cantidad de 32 MJ / kg, boro - 45. Es cierto que una persona que ofrece lanzar un cilindro volador con berilio gaseoso de 2500 grados, en respuesta, corre el riesgo de encontrarse con una broma sobre el desecho de uranio en mercurio, no hay nada no se puede evitar ...
Con esto finalizaremos con la química y pasaremos a otras formas de almacenamiento.
El artículo fue escrito para el sitio https://habr.com . Al copiar, consulte la fuente. El autor del artículo es Evgeny Bobukh .4.2. Otros campos
Hasta ahora, nos hemos centrado principalmente en la interacción electromagnética. Pero en la naturaleza hay al menos tres campos más: gravitacional, fuerte y débil. ¿Es posible crear una batería que almacene energía en ellos?
Con un campo gravitacional, la forma más fácil. Levantó la carga hacia la torre: se almacenó energía. Omitido - se destacó. Los sistemas de almacenamiento de energía hidráulica
[ 520 ] se basan en este principio. Desafortunadamente, hay un problema insuperable. Como la energía potencial es
mgh , la energía por kilogramo es
gh . Y
h , es decir, altura, en condiciones terrestres, un máximo de kilómetros. Estas son unidades kilojulios por kilogramo, ni siquiera
mega . Ahora, si está en una estrella de neutrones, donde
g puede ser fácilmente 10
12 m / s
2 ... Palabra correcta, a veces sospecho que las estrellas de neutrones y los agujeros negros no son más que plantas de energía gigantes de super-civilizaciones. Bueno, en cualquier caso, es poco probable que pueda volar al espacio con tal "batería", porque para ascender tendrá que
cargarse , no descargarse.
Entonces, sobre el campo gravitacional es suficiente. ¿Qué "más otros" campos tenemos?
Fuerte
[ 690 ] : es responsable de la atracción mutua de protones y neutrones en el núcleo atómico. Y el débil
[ 700 ] , es responsable de la transformación de los quarks entre sí, que se manifiesta en la desintegración de neutrones y la desintegración beta de los núcleos. Desde nuestro punto de vista cotidiano, todo esto es energía atómica, por lo que los consideraremos juntos aquí, usando reacciones típicas como ejemplo:
- La desintegración radiactiva . Hay varios tipos:
- - La descomposición alfa. Hubo un núcleo de uranio-238, se convirtió en un núcleo de torio-234 y una partícula alfa, más 4,27 mega- energía de electrones ([ 530 ]). Esto es seis órdenes de magnitud mayor que en química. Aunque el uranio tiene núcleos pesados, todavía produce 1.7 Gigajulios por gramo .
- - La desintegración beta. Hubo cobalto-60, se convirtió en níquel-60, más un electrón, más un antineutrino, más rayos gamma, más 1.35 MeV por átomo. Tenga en cuenta que detrás de (casi cualquier) desintegración beta, de hecho, hay una "reacción de desintegración de neutrones a través de una interacción débil, descrita sin complicaciones por la ecuación n 0 → p + + e - + ν e (+ 0.782343 MeV).
- - Y con una docena de otros tipos de descomposición, más raros [ 705 ]
- Fisión nuclear Había un núcleo de uranio-235, golpeado con un neutrón, obtuvimos dos núcleos de algunos criptón y bario, más neutrones, más unos 180 MeV por núcleo ([ 540 ]). El gramo 70 de dicho material fisionable es equivalente en energía al contenido de todos los tanques de combustible de protones.
- Fusión termonuclear . Dos núcleos de elementos ligeros colisionaron, fusionándose en uno más pesado. Se liberó energía, más partículas secundarias. La opción más animada para hoy es la reacción de deuterio y tritio: D + T -> 4 He + n + 17.6 MeV. Pero también hay reacciones menos "sucias" y más convenientes para recolectar energía.
En forma de armas, todo lo anterior se ha dominado durante mucho tiempo. En una forma pacífica, también, excepto por la fusión. Desde la década de 1950, "15-20 años" siempre ha permanecido antes que él. Es cierto que todavía creo en esta síntesis, como en la dirección principal de resolver los problemas energéticos de la humanidad.
La desintegración radiactiva (tanto del plutonio como de isótopos más ligeros como el
cobalto-60 , el
cesio-137 ) ha estado trabajando durante mucho tiempo activamente en generadores de radioisótopos
[ 710 ] y baterías nucleares en la desintegración beta
[ 720 ] . Los pequeños reactores nucleares para uso (semi) civil comenzaron a fabricarse con éxito en la década de 1950 [
555 ].
También se conocen motores de cohetes para reacciones de fisión.
Estas son las pruebas del nervio estadounidense [
570 ], 1966-1972:
[Crédito de la imagen: William R. Corliss, Francis C. Schwenk - Propulsión nuclear para el espacio (folleto de la Comisión de Energía Atómica de los Estados Unidos, División de Información Técnica) Prueba del motor de cohete nuclear NERVA.]Aquí
[ 5 80 ] [ 5 83 ] [ 5 86 ] Soviet RD-0410, 1965-1980:
[Crédito de la imagen [ 730 ]]Las ansias de peso no son muy buenas, por lo que para los primeros pasos no son muy adecuadas. Puede trabajar en esto, hay
ideas de diversos grados de inteligibilidad, solo ... solo que este no es el problema.
Después de todo, no tanto la ingeniería como las razones médicas y políticas impiden el uso de energía nuclear para la exploración espacial. Todos tienen miedo (y con razón) de la contaminación radiactiva durante accidentes, errores, terrorismo. Realmente no sabemos cómo tratar un daño radiactivo, ni podemos desinfectar la biosfera. Un microgramo de algunos isótopos de larga vida es suficiente para enviar a una persona al próximo mundo. Esta vez Dos: desde una bomba nuclear hasta un motor nuclear, la distancia no es tan grande. ¿Qué es lo que realmente está lanzando a la estratosfera a un
posible compañero
enemigo en la exploración espacial, ve y tómalo desde lejos?
Hasta que se resuelvan estos problemas, no creo que veamos un uso serio de la energía atómica en la astronáutica. Entonces, las baterías para un rover, tal vez un generador de propulsión eléctrica en un generador de isótopos, es el máximo. Por desgracia, todavía queda un largo camino para la asignación de la Antártida a una pista conjunta de misiles nucleares. A una distancia de ficción.
4.2.1 Sin embargo, como parte de esta sección, vale la pena mencionar un efecto tan divertido como la influencia de las fuerzas no nucleares en las vidas medias. Estamos acostumbrados a pensar que la tasa de descomposición natural de los átomos es una constante, independiente de nada, y confiamos en este hecho para la datación por radioisótopos
[ 740 ] . Pero esto no es del todo cierto. A juzgar por [
750 ], la vida media de una sustancia puede verse afectada por el estado químico de una sustancia (incluida la ionización), la presión, la transición a la superconductividad, los campos eléctricos y magnéticos, y la temperatura. Desafortunadamente, la mayor parte del trabajo sobre este tema está bloqueado por los requisitos de pago, por lo que sin tirar un par de cientos de dólares al viento, no puedo citar las fuentes primarias y tener que limitarme a citas secundarias o resúmenes. Entre los que me parecían curiosos, debería llamarse:
- El cambio en la tasa de descomposición de 111 In radiactivo y 32 P debido a la rotación en la centrífuga es significativo, con una disminución / aumento en el período en unidades de porcentaje dependiendo de la dirección y la velocidad de rotación [ 760 ]. Incluso parece demasiado bueno para ser verdad, sería bueno verificar dos veces este resultado.
- Una disminución en la vida media de 210 Po en un 6,3% se debe simplemente a su encapsulación en una carcasa de cobre y enfriamiento a 12K [ 770 ]. También en duda.
- El renio-187, un isótopo casi estable con una vida media de 42 mil millones de años, que está completamente ionizado (es decir, al estado de 187 Re 75+ ), reduce el tiempo de vida a 33 años, es decir se vuelve muy inestable [ 780 ]. Y este trabajo es bastante confiable.
- El disprosio neutro 163 Dy es estable. Pero, al estar completamente ionizado a 163 Dy 66+ , se convierte en radiactivo con una vida media de ... ¡50 días! [ 790 ]
Lo que esto es potencialmente prometedor es comprensible. Producción de energía a partir de isótopos en descomposición demasiado lenta. Gestión de energía de baterías isotópicas y reactores. Estabilización de elementos transuránicos distantes para almacenamiento y estudio. ¿Y quién sabe, tal vez incluso [
alejado del pecado ]? Es cierto que cualquier impacto de ingeniería razonable en la actualidad cambia los parámetros de descomposición en un máximo de porcentaje, y la física parece nunca predecir un tipo de "pico mágico" en ninguna parte, pero quién sabe, quién sabe ...
4.2.2 Núcleos excitados y giratoriosSi el suministro de energía de un volante desde la materia ordinaria está limitado por su resistencia a la tracción, ¿los resultados no mejorarán si la materia nuclear está "retorcida"? ¿Será ella más fuerte?
En general, la respuesta es sí, aunque hay tantas sutilezas detrás que tengo que apresurarme hasta la cima. Pido disculpas de antemano por las inmensas omisiones y simplificaciones con las que tuve que incluir este tema de disertación en un par de párrafos.
En primer lugar, el núcleo atómico puede girar más o menos como un todo. Como una gotita de líquido nuclear ([
800 ], [
810 ], [
820 ]). Los giros típicos, a los que es posible "desenredar" tales granos, son 30-100
ħ , luego se "rompen". Pero antes de eso almacenan 10-200 MeV de energía por átomo. Un "giro" similar también puede iniciar o acelerar la descomposición de núcleos (incluso estables). Es cierto que los métodos de promoción que tenemos hoy son bárbaros, inadecuados para la industria energética: "bombardear" el núcleo a ciegas con partículas pesadas en el acelerador, sabiendo que algunos de los ataques sucederán. Bueno, el tiempo de vida de tales núcleos suele ser pequeño, por lo que yo sé (sin embargo, aquí no soy un experto, me alegrará si la gente se suma al experto).
En segundo lugar, el núcleo puede girar "en partes". Cuando solo unos pocos nucleones en él se transfieren a un nivel de energía más alto ([
830 ], [
840 ]), aproximadamente como los electrones en un átomo excitado. Los giros característicos de tales estados son de hasta varias decenas de
ħ , las reservas de energía por núcleo son de decenas de eV a decenas de MeV, pero las vidas ... las vidas a veces son tentadoramente grandes. Así, el isómero de hafnio
178m2 Hf "vive" durante 31 años
[ 832 ] , holmio
166m1 Ho - 1200 años
[ 832 ] , renio
186m Re - 200 mil años
[ 835 ] . Al pasar del estado excitado al estado base, tales núcleos emiten solo rayos gamma. No hay radiación inductora de neutrones, ni fragmentos extremadamente sucios, ni partículas alfa o beta. Todo está muy limpio y al menos por eso seductor.
Sin embargo, todavía no está claro cómo bombear energía a dichos isómeros y luego recuperarla. El trabajo científico sobre este tema del año desde 2000 se ha vuelto muy controvertido
[ 850 ] . Alguien afirma tener éxito, otros publican refutaciones. Todo esto parece extremadamente sospechoso.
Vale la pena mencionar que el protón también puede ser "torcido" transfiriéndolo al estado excitado con giro 3/2 y superior ([
860 ], [
865 ]). Ya el primer estado tiene una energía de 479 MeV por encima de la base. Desafortunadamente, la vida útil de estas formaciones no excede 1.5 *
10-16 segundos.
El artículo fue escrito para el sitio https://habr.com . Al copiar, consulte la fuente. El autor del artículo es Evgeny Bobukh .4.2.3 Atomos exóticos [ 870 ]Bueno, para una merienda, en principio, la materia puede construirse no solo a partir de protones, neutrones y electrones, sino también a partir de otras partículas. Muchos núcleos "exóticos" se sintetizan experimentalmente y algunas veces poseen enormes reservas de energía. Desafortunadamente, todos viven no más de 10 microsegundos, y generalmente mucho menos.
4.3. Pero no nos despidas un corredor?
Para almacenar energía en el campo electromagnético sin pasar por el "agente codicioso" de la materia ordinaria, es necesario eliminar el campo electromagnético de los espacios interatómicos. El camino en sí no es nuevo. Durante los últimos 200 años, nos hemos movido a lo largo de él, recolectando muchos logros útiles a lo largo del camino.
Uno de los primeros comienzos de Volta (en cuyo honor el
Volt ingresó al idioma) con su pilar en 1800:

Una simple pila de metales alternos desarrollaron voltajes de decenas, cientos y miles de voltios, es decir, mucho más altos que la valencia y con corrientes decentes. , , , .
. . . , . . , . , , . , : . : . ? .
« », ?
. Disclaimer.
, . , , . , . , , - . . , .
--Por lo tanto, queremos diseñar un dispositivo para almacenar energía en un campo electromagnético, con una densidad de energía que exceda el límite de resorte. Esto significa que en una parte significativa del dispositivo, deben producirse presiones de campo muy altas
p = (
E 2 +
B 2 ) / 8π. Es imposible resistirlos con materia ordinaria: nos encontramos con el Límite de Primavera (
σ /
ρ ). ¿Qué otras fuerzas se le pueden oponer? El electromagnetismo puro no se puede hacer de acuerdo con el Teorema de Earnshaw
[ 880 ] (aunque hay conjeturas vagas: ¿qué pasa si ensamblamos un sistema inestable que
no está en equilibrio?) El gravitacional es demasiado débil en nuestras escalas. Sigue siendo nuclear. Entonces, apostamos por una fuerte interacción.
Tome el núcleo de criptón
Kr . Cortamos todos los electrones para obtener el ion
Kr 36+ . La energía total requerida para esto se encuentra sumando los números en la tabla 19.2 en la página 411 de [290] y es aproximadamente 76,340 eV. Eso es lo que se destacará (principalmente en forma de fotones) si se permite que este átomo recupere electrones. Por kilogramo son 87 megajulios, no es un mal comienzo.
Entonces, aquí está, un condensador de energía súper intensiva: un átomo
esférico de criptón totalmente ionizado, que flota solo en un vacío infinito:

Es cierto ... "algo está mal aquí". ¿Cuánto almacena en un átomo? Es mucho ¡Pero tan pronto como produzcamos al menos dos de estos átomos, la repulsión mutua los separará de inmediato en diferentes ángulos del infinito! Resulta que estos iones cargados aún deben almacenarse de alguna manera como colectivos. Se necesita un agujero potencial, en el que puedan estar abarrotados. ¿Qué hacer con eso?
Entramos en la segunda ronda: es imposible por la materia ordinaria: los iones se sentirán inmediatamente atraídos por ella y extraerán electrones de ella. Es imposible desde un campo eléctrico: el teorema de Gauss
[ 890 ] prohíbe los pozos electrostáticos sin cargas dentro de ellos, y donde hay cargas, el dispositivo tiene un fin. Pero desde lo magnético ... ¡desde lo magnético puedes probar!
Recordamos la celda espejo. Él es una botella magnética:
[Crédito de la imagen: Autor: Usuario: WikiHelper2134, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=29562309 ]Hasta colisiones, finitud de campo y gradientes de radiación, cualquier partícula cargada, que se encuentre en el medio del dispositivo, donde el campo es débil, permanecerá allí, enrollando anillos alrededor de las líneas de fuerza. Suponemos que todo se almacena en (casi) cero absoluto y las colisiones pueden descuidarse. ¿Cuántos iones positivos se pueden acumular en dicho sistema? Damos una estimación aproximada, descuidando factores numéricos adimensionales como 3 o
π . Esto, por supuesto, conducirá a un error hasta un par de docenas de veces, pero simplificará enormemente los cálculos; y si el resultado es interesante, las personas inteligentes después de mí lo contarán con mayor precisión.

Deje que el tamaño característico de la nube de iones (y todo el sistema)
r . La densidad de volumen de la nube es
n . La carga de iones es
eZ . Por lo tanto, la carga
q =
r 3 neZ está contenida en la nube , y el campo eléctrico repulsivo en su superficie es
E =
q /
r 2 =
reZn . La presión de empuje de este campo en la nube es
p =
E 2 = (
reZn )
2 . Se le opone una pequeña fracción
β de la presión magnética total del sistema
B 2 :
(
reZn )
2 ≈
β B 2La energía magnética del sistema es
B 2 r 3 . Para garantizarlo, se requiere un sistema mecánico fuerte (bobinas, paradas) de masa
m =
X *
B 2 r 3 / (
σ /
ρ ), donde
X es el coeficiente de "basura" de la estructura, que muestra cuántas veces es más pesado que el mínimo posible (de acuerdo con [
370 ], en las mejores bobinas modernas,
X es 10-30), y (
σ /
ρ ) es el límite de resorte del material de la bobina. Expresando
B 2 de la expresión anterior, obtenemos una estimación de la masa del "acumulador":
m =
Xr 3 (
reZn )
2 / (
β (
σ /
ρ ))
Finalmente, ¿cuánta energía se almacena en estos iones? La energía de ionización total del ion, si se suma aproximadamente
[ 900 ] , es
W ≈
Z 2 *
Ry , donde
Ry = 13.6 eV es la energía de Rydberg. Tenemos
nr 3 de estos iones. En total, el sistema contiene energía de ionización potencial
W =
Z 2 *
Ry *
nr 3 .
Ahora dividimos el primero en el segundo, obtenemos la reserva de energía en julios por kilogramo:
w =
W /
m = (
β /
X ) * (
Ry /
ne 2 r 2 ) * (
σ /
ρ )
El último soporte es el límite de resorte. Y todo frente a ella es cuántas veces se lo supera. ¿En qué condiciones este exceso será al menos único (es decir, tiene sentido luchar por el diseño)? Nosotros escribimos:
K = (
β /
X ) * (
Ry /
ne 2 r 2 )> 1
Recuerde la expresión para la energía de Rydberg
Ry =
e 2/2 r b , donde
r b es el radio de Bohr
r b =
ħ 2 /
me 2 . Obtenemos la condición bajo la cual se supera el límite de primavera:
nr 2 r b <(
β / KX )
Es decir
el sistema es lo suficientemente pequeño o con una nube de iones suficientemente enrarecida, se garantiza que saltará el límite de primavera. Esto se logra gracias a una especie de "palanca" del campo magnético. Donde la materia ordinaria "retiene" un campo magnético, y el campo "retiene" iones altamente cargados.
Es cierto que si
r = 100 cm,
X = 30,
β = 0.1,
K = 1, entonces
n no debe exceder 6 * 10
3 cm-3. Este es un plasma
muy "delgado". El contenido de energía total en dicha trampa será
W ≈
Z 2 *
Ry *
nr 3 = 10
-4 julios. En términos de masa, puede ser bueno, pero en términos de contenido de energía total es deplorable. Debes aumentar la trampa a dimensiones planetarias o ... "cambiar todo el sistema". Que sea cuasineutral, por ejemplo. O trate de retener iones pesados no con una trampa magnética, sino con, por ejemplo, un
klystron . En general, hay algo en lo que pensar.
En general, resultó ... un "maniquí", también es una "trampa hidromagnética, como ella ... un objeto de setenta y siete años". Pero al menos era posible divertirse sin violar las leyes de la física.
4.4. ¿Y por qué molestarse en arrastrar la energía del cohete consigo ?
En principio, bajo. Si convierte un cohete en un sistema abierto, puede lograr mucho. Algunas de estas ideas ya están funcionando, otras están infinitamente (y, posiblemente, permanentemente) lejos de la implementación práctica. Los reuní aquí para mostrar: hay alternativas. Deje un grado diferente de fiabilidad.
4.4.1. Motores de "respiración" que no llevan oxígeno con ellos.Han estado trabajando en la aviación durante mucho tiempo, pero a velocidades de hasta Mach 3-4. Un avance seguro para este techo ocurrió solo en este siglo. Estados Unidos, China e India probaron con éxito
[ 910 ] scramjets
[ 905 ] a velocidades de Mach 5-6 (Rusia, al parecer, incluso en el año 95, pero todo es de alguna manera incomprensible allí). El WU-14 chino
[ 915 ] es capaz de acelerar, presumiblemente, a 10 M. Cierto, todas estas cosas no están hechas para la exploración espacial, sino con el objetivo de crear un misil balístico maniobrable y difícil de interceptar.
4.4.2. Potencia del cohete láser [ 920 ] .
Un cohete lleva consigo solo un fluido de trabajo. En la Tierra hay una planta de energía adecuada para la energía, que transfiere energía a un cohete con un láser o un maser. Tal vez para evaporar directamente el fluido de trabajo. Quizás indirectamente, a través del ERD. Se ve muy prometedor. En la práctica, es difícil: y el flujo de energía de tal fuerza a través del aire se enfoca pobremente, y no es fácil fabricar dicho láser por sí solo.
4.4.3. Alimentando un cohete ... ¡por cable!Loco? Por supuesto Pero los ATGM vuelan durante 4 kilómetros
[ 930 ] . ¿Es posible hacer al menos 10 y transferir al menos gigavatios de potencia a través de ellos? Lo descubrí y obtuve que 1 gigavatio puede transmitirse a través de un "cable" de acero y aluminio con un radio de 5 centímetros durante 100 segundos durante 10 kilómetros antes de que este cable pierda su resistencia debido al sobrecalentamiento. Es cierto que 400 toneladas pesarán tal "cable". Y sin flexibilidad. Y eso es insultante, los parámetros del material del alambre (densidad, resistividad, capacidad de calor, calentamiento permisible) ingresan la
expresión para el radio solo en el grado de 1/6. Es decir, sin sustituciones razonables de material, estos 5 centímetros en 2 milímetros no giran. Pero! 5 centímetros son casi ... rieles. Resulta que Railgun [
940 ]. Además, si selecciona un material con mayor precisión, entonces se pueden hacer sus 10 kilómetros de largo. Y esto, considérelo, es casi un reemplazo para la primera etapa.
4.4.4. Ya puedo escuchar el "
elevador espacial " cantando.
Desafortunadamente, esta idea, además de las dificultades obvias (por ejemplo, ¿qué hacer con los satélites que ya deambulan por sus órbitas?), Tiene una debilidad fundamental. Si calculamos la presión de tracción que surge en la base de dicho cable, entonces en orden de magnitud obtenemos
p =
ρgR , donde
R es el radio del planeta. Al equipararlo con la resistencia a la tracción del material
σ , y al encontrar la relación
σ /
ρ requerida para evitar que este cable se rompa, obtenemos
σ /
ρ ≈
gR = 60 MJ / kg. Es decir, si es posible un elevador espacial, entonces en el límite del límite de primavera de nuestro asunto. Entonces es dudoso, muy dudoso.
4.4.5. "Volar con los cuerpos de hoy más allá de la luna es una expedición a pie de medusas en el Sahara"Porque hay demasiados sistemas de protección y soporte vital para llevar con ellos para transportar estos cuerpos a través del espacio. Si pesáramos 1 gramo, ¿no estaríamos poblando el Sistema Solar? Si viviéramos mil millones de años, podríamos volar a las estrellas vecinas en una vela solar. Si fuéramos robots, no necesitaríamos terraformar Marte para su asentamiento y podríamos caminar alrededor de Plutón. Aquellos que lo deseen pueden continuar, un tema agradecido para la fantasía.
TerminaciónReferencias y literatura[95] Acerca del grafeno:
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Graphene[98]
Cohesión energética de alótropos de carbono: estudio cuántico de Monte Carlo . Hyeondeok Shin, Sinabro Kang, Jahyun Koo, Hoonkyung Lee, Yongkyung Kwon y Jeongnim Kim:
https://arxiv.org/pdf/1401.0105.pdf[265] Más cadenas de nitrógeno:
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Azidotetrazolate[290] Cantidades físicas. Libro de referencia. Ed. I.S. Grigorieva, E.Z. Meilikhova, Moscú, Energoatomizdat, 1991.
[352] Almacenamiento de energía nanomecánica en cuerdas retorcidas de nanotubos, David Teich, Zacharias G. Fthenakis, Gotthard Seifert y David Tomanek,
http://esperia.iesl.forth.gr/~fthenak/publications/twist_PRL_2012.pdf[355] Resistencia de los materiales:
https://en.wikipedia.org/wiki/Ultimate_tensile_strength#Typical_tensile_strengths[370] Szabolcs Rembeczki, Diseño y optimización de imanes de campo alto con reducción de fuerza:
https://research.fit.edu/media/site-specific/researchfitedu/hep/heplaba/documents/theses/DissertationSzabolcsRembeczki.pdf[405] Motor de litio, hidrógeno y flúor:
https://en.wikipedia.org/wiki/Liquid_rocket_propellant#Lithium_and_fluorine[410] El trabajo original para [
405 ] (no se molestaron en mencionar, y está claro por qué, el formato es terrible, todo está superado):
https://archive.org/stream/nasa_techdoc_19700018655/19700018655_djvu.txt[420] Anillos de nitrógeno:
https://en.wikipedia.org/wiki/1-Diazidocarbamoyl-5-azidotetrazole[430] Anillos de nitrógeno:
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja103525v[440] Gauche cúbico de nitrógeno:
https://en.wikipedia.org/wiki/Solid_nitrogen#Cubic_gauche[450] Metaestabilidad del nitrógeno cúbico:
https://www.nature.com/articles/s41467-017-01083-5[460] Hidrógeno atómico en sólido:
https://www.researchgate.net/publication/238971408_Stabilization_of_high-density_atomic_hydrogen_in_H-2_films_at_T_05_K[470] Condensados de impurezas de helio:
https://en.wikipedia.org/wiki/Helium_compounds#Impurity_helium_condensates[480] Condensación Bose-Einstein de átomos de helio metaestables, TESIS ACADÉMICA, Andrey Sergeevich Tychkov, Novosibirsk, Rusia:
https://www.nat.vu.nl/en/Images/Tychkov.thesis_tcm69-96948_tcm208-249866.pdf[490] Tasas de descomposición radiactiva del triplete metaestable Helio e iones similares al helio, Lauren L. Moffatt, Universidad de Windsor:
scholar.uwindsor.ca/cgi/viewcontent.cgi?referer= https://www.google.com/&httpsredir=1&article = 5913 & context = etd[500] Obligar al cesio a estados de oxidación superiores utilizando química inducida por rayos X útiles a alta presión, D Sneed et al. 2017 J. Phys.: Conf. Ser. 950 042055:
http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/950/4/042055/pdf[510] Bario en estados de alta oxidación en fluoruros de bario estabilizados por presión, Dongbao Luo, Yanchao Wang, Guochun Yang y Yanming Ma, The Journal of Physical Chemistry C 2018 122 (23), 12448-12453, DOI: 10.1021 / acs. jpcc.8b03459:
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpcc.8b03459?src=recsys&journalCode=jpccck[520] Almacenamiento de energía hidráulica:
https://en.wikipedia.org/wiki/Pumped-storage_hydroelectricity[530] Serie de descomposición de uranio:
https://en.wikipedia.org/wiki/Decay_chain#Uranium_series[540] Fisión nuclear:
https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_fission[550] Decaimiento de neutrones:
https://en.wikipedia.org/wiki/Free_neutron_decay[555] Reactores nucleares pequeños:
http://forumonenergy.com/2015/03/13/the-history-of-small-modular-reactors/[570] Nerva, motor:
https://en.wikipedia.org/wiki/NERVA[580] RD-0410:
https://en.wikipedia.org/wiki/RD-0410[583] RD-0410:
http://www.astronautix.com/r/rd-0410.html[586] RD-0410:
https://www.flickr.com/photos/martintrolle/12341329173[670] Electrón, un cohete compuesto:
https://en.wikipedia.org/wiki/Electron_(rocket)#Design[680] Entalpías de vaporización de elementos:
https://en.wikipedia.org/wiki/Enthalpy_of_vaporization#Selected_values[690] Interacción fuerte:
https://en.wikipedia.org/wiki/Strong_interaction[700] Interacción débil:
https://en.wikipedia.org/wiki/Weak_interaction[705] Tipos de desintegración radiactiva:
https://en.wikipedia.org/wiki/Radioactive_decay#Types_of_decay[710] Generadores de radioisótopos:
https://en.wikipedia.org/wiki/Radioisotope_thermoelectric_generator[720] Baterías en desintegración beta:
https://en.wikipedia.org/wiki/Betavoltaic_device[730] Imágenes RD-0410:
http://astronautix.com/r/russianmarsuclearthermal.html[740] Descripción de la datación por radioisótopos:
https://en.wikipedia.org/wiki/Radiometric_dating[750] Lista de los tipos de efectos no nucleares conocidos que afectan la vida media de los átomos:
https://www.annualreviews.org/doi/pdf/10.1146/annurev.ns.22.120172.001121[760] Cambios en las tasas de desintegración de
111 In radiactivo y
32 P inducido por el movimiento mecánico. Él YuJian, Qi Fei, Qi ShengChu:
https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs11426-007-0030-z[770] Primer indicio sobre un cambio de la vida media de descomposición alfa de
210 Po en el metal Cu. F. Raiola, T. Spillane, B. Limata, B. Wang, S. Yan, M. Aliotta, HW Becker, J. Cruz, M. Fonseca, L. Gialanella, AP Jesús, KU Kettner, R. Kunze, H Luis, JP Ribeiro, C. Rolfs, M. Romano, D. Schürmann, F. Strieder:
https://link.springer.com/article/10.1140%2Fepja%2Fi2007-10012-8[780] Observación del estado de unión β
- Decaimiento de
187 Re totalmente ionizada:
187 Re -
187 Cosmochronometry Os. F. Bosch, T. Faestermann, J. Friese, F. Heine, P. Kienle, E. Wefers, K. Zeitelhack, K. Beckert, B. Franzke, O. Klepper, C. Kozhuharov, G. Menzel, R. Moshammer, F. Nolden, H. Reich, B. Schlitt, M. Steck, T. Stöhlker, T. Winkler y K. Takahashi. Phys. Rev. Lett. 77, 5190 - Publicado el 23 de diciembre de 1996.
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.77.5190[790] Desintegraciones radiactivas de iones altamente cargados. BS Gao, MA Najafi, DR Atanasov, K. Blaum, F. Bosch, C. Brandau, XC Chen, I. Dillmann, Ch. Dimopoulou, Th. Faestermann, H. Geissel, R. Gernhäuser, P.-M. Hillenbrand, O. Kovalenko, C. Kozhuharov, SA Litvinov, Yu. A. Litvinov, L. Maier, F. Nolden, J. Piotrowski, MS Sanjari, C. Scheidenberger, U. Spillmann, M. Steck, Th. Stöhlker, Ch. Trageser, XL Tu, H. Weick, N. Winckler, HS Xu, T. Yamaguchi, XL Yan, YH Zhang y XH Zhou.
https://www.epj-conferences.org/articles/epjconf/pdf/2015/12/epjconf_cgs2015_05003.pdf[800] Kungliga Tekniska Hogskolan, Modelo rotacional (sobre la rotación del núcleo):
https://www.kth.se/social/upload/5176d9b0f276543c2c2bd4db/CH5.pdf[810] COMPORTAMIENTO DE NUCLEI EN ALTO MOMENTO ANGULAR, FS Stephens, División de Ciencia Nuclear, Laboratorio Lawrence Berkeley, Universidad de California, Berkeley, CA 94720:
https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/14/730 /14730706.pdf[820] Formas de punto de silla de montar y barreras de fisión de núcleos giratorios. F PLASIL. División de Física, Laboratorio Nacional de Oak Ridge, Oak Ridge, Tennessee 37831-6372, EE. UU.
https://www.ias.ac.in/article/fulltext/pram/033/01/0145-0159[830] Acerca de los isómeros nucleares:
https://www.ias.ac.in/article/fulltext/pram/033/01/0145-0159[832] Isómeros de alta estabilidad:
https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_isomer#Nearly-stable_isomers[835] Isótopos de renio:
https://en.wikipedia.org/wiki/Isotopes_of_rhenium[840] Atlas de isómeros nucleares y su sistemática. Ashok Kumar Jain y Bhoomika Maheshwari. Departamento de Física, Instituto Indio de Tecnología, Roorkee-247667, India:
https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/47/104/47104610.pdf[850] Contradicciones en los trabajos sobre el isómero estable de hafnio:
https://en.wikipedia.org/wiki/Hafnium_controversy[860] Acerca de la "rotación" del protón:
https://www.quora.com/What-would-happen-if-a-proton-spun-very-close-to-the-speed-of-light[865] RICHARD WILSON, Los estados emocionados del protón,
http://inspirehep.net/record/1381662/files/v1-n4-p128.pdf[870] Átomos exóticos:
https://en.wikipedia.org/wiki/Exotic_atom[880] Teorema de Earnshaw:
https://en.wikipedia.org/wiki/Earnshaw's_theorem[890] Teorema de Gauss:
https://en.wikipedia.org/wiki/Divergence_theorem[900] Acerca de los potenciales de ionización de iones con carga múltiple:
https://en.wikipedia.org/wiki/Ionization_energy#Electrostatic_explanation[905] Bueno, sí, en realidad sobre el scramjet:
https://en.wikipedia.org/wiki/Scramjet[910] Pruebas de scramjet conocidas:
https://en.wikipedia.org/wiki/Scramjet_programs[915] Scramjet chino WU-14:
https://en.wikipedia.org/wiki/DF-ZF[920] Un artículo sobre diferentes formas de alimentar cohetes en racimos:
https://en.wikipedia.org/wiki/Beam-powered_propulsion[930] Fagot ATGM:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Fagot_(TRAC)[940] Lanzamiento de riel:
https://en.wikipedia.org/wiki/Non-rocket_spacelaunch#Electromagnetic_acceleration