Nein

So wie wir derzeit die physikalische Chemie verstehen , sind alle möglichen Elemente unten bekannt, unabhängig vom aktuellen Stand der Technik ( Oganesson - Element 118 ).

Die Ordnungszahl eines Elements (die Zahl, die bestimmt, um welches Element es sich handelt) kann nur eine ganze Zahl sein. Es ist schließlich die Anzahl der im Kern enthaltenen Protonen . So wie es zwischen 1 und 118 keine unbekannten ganzen Zahlen gibt, gibt es in diesem Bereich keine unbekannten Elemente.

Chemische Reaktionen treten durch komplizierte Wechselwirkungen zwischen Elektronenspin , Elektronen, die Orbitale (Valenzelektronen) füllen (oder nicht) und der Ladung des Atoms (Ionenbindungen) auf . All dies ist auf die Menge der Elektronen zurückzuführen (stark beeinflusst von der Anzahl der Protonen durch die elektromagnetische Kraft ) und wie sie die Elektronenorbitale füllen. Wenn Sie also einen Kern ohne Protonen haben, ist es nicht " Element Null ", es ist ein Neutron . Da Neutronen keine Ladung haben, binden sie keine Elektronen. Wenn ein Kern keine Elektronen hat, kann er mit nichts chemisch interagieren.

Magische stabile Insel

Es gibt jedoch eine aktuelle Hypothese namens Stable Island . Es geht davon aus, dass bestimmte, noch zu entdeckende Elementisotope eine größere Stabilität aufweisen als die Elemente um sie herum im Periodensystem.

Einige theoretische Berechnungen zeigen, dass die Isotope einiger Elemente auf der magischen "stabilen Insel" Halbwertszeiten von bis zu haben könnten$10^9$(eine Milliarde) Jahre. Neuere Berechnungen deuten darauf hin, dass sie viel kürzere Halbwertszeiten in der Größenordnung von Stunden oder Tagen besitzen würden. Da noch nie Isotope von Elementen beobachtet wurden, von denen angenommen wird, dass sie sich auf der magischen Insel befinden, neigt der wissenschaftliche Konsens stark zu den niedrigeren Schätzungen.

Die stabile Insel ist in der Grafik eingekreist. Es sieht so aus, als hätte das Zentrum der Insel etwa die Ordnungszahl 112 und die Nukleonenzahl 276 & 278 (Copernicium - Cm). Es gibt eine zweite Insel mit weniger stabilen Kernen bei etwa der Ordnungszahl 125 (Nukleonenzahl 294+). Wir haben einige Isotope von Element 112 hergestellt, aber seine Halbwertszeit ist so kurz, dass wir seine Masseneigenschaften nicht kennen. Wir haben keine Isotope von Element 125 erstellt: Die vertikale Achse ist die Ordnungszahl (Anzahl von
$p$) und beginnt bei 81 (Thallium). Jedes Quadrat repräsentiert eine ganze Zahl.
Die horizontale Achse ist die Nukleonenzahl (Anzahl von$p$+$n$) und beginnt bei etwa 205. Jedes Quadrat repräsentiert eine ganze Zahl.
Umrandete Kästchen stellen Elementisotope dar, die bereits entdeckt oder geschaffen wurden.
Gestrichelte schwarze Linie zeigt das "Optimum"$\frac{p}{n}$Verhältnis für ein stabiles Elementisotop.

Suche nach einem unbekannten Element

Ich mag die Idee, neue Elemente zu finden , sehr , also nehmen wir an, dass:

1. Die stabile Insel existiert
2. Auf einer oder mehreren dieser Stable Islands gibt es unentdeckte Isotope
3. Einige Isotope auf der Insel haben eine Halbwertszeit darüber$10^8$Jahre
4. Supernovae machen diese Elemente

Plutonium ( ₂₄₄ Pu) hat eine Halbwertszeit$8 \cdot 10^7$Jahre. Wenn wir etwas davon in einem Reaktor herstellen, bleibt es für menschliche Zwecke für immer erhalten. Wir haben jedoch nur einmal ein natürlich vorkommendes ₂₄₄ Pu gefunden (Kommen Transurane wie Plutonium jemals natürlich vor?) .

Genau wie Plutonium, ein High-Z-Element mit einer Halbwertszeit von$10^7$-$10^8$Jahre würden den Menschen sehr stabil erscheinen und vielleicht Milliarden von Jahren existieren. Alle im Sonnensystem heimischen Materialien entstanden vor etwa 4,6 Milliarden Jahren in einer Supernova, die den Zusammenbruch der Staubwolke verursachte, die unser Sonnensystem bildete. Seitdem zerfallen radioaktive Elemente, unser vorgeschlagenes Isotop wäre also kurzlebig genug, dass wir sehr wenig oder gar nichts davon in den Materialien unseres Sonnensystems finden würden.

Interessanterweise befindet sich die Sonne in einem galaktischen Merkmal namens Lokale Blase . Eine Reihe von Supernovae, die vor 10 bis 50 Millionen Jahren auftraten, blies die interstellaren Gase aus dieser Region, wodurch die Dichte des intergalaktischen Gases in dieser Region besonders niedrig wurde.

Noch wichtiger ist, dass der Zeitpunkt und der Ort dieser Supernovae es vorstellbar machen, dass ein Stück Material von einer von ihnen in den letzten 30 bis 50 Millionen Jahren die Reise zu unserem Sonnensystem gemacht haben könnte. Da diese Supernovae nur aufgetreten sind$10^7$Vor Jahren sollte unser vorgeschlagenes radioaktives Isotop immer noch einen sehr hohen Prozentsatz des ursprünglichen, nicht zerfallenen Isotops aufweisen.

Stellen Sie sich also vor, die Menschheit sieht einen Körper, der auf einer hyperbolischen Flugbahn durch das Sonnensystem fliegt . Das bedeutet, dass der Körper außerhalb unseres Sonnensystems entstanden ist und direkt durch das Sonnensystem segeln wird, wenn wir ihn nicht umleiten. Wir müssten es abfangen und ablenken, um in der Nähe eines der Gasriesen vorbeizukommen, um ihm eine ausreichende Impulsänderung zu verleihen, um es einzufangen. Nur einer dieser Planeten konnte es ausreichend ablenken, um es in unserem Sonnensystem zu halten. Nach der Ablenkung konnten wir feststellen, dass es mit schweren Elementen beschichtet ist (Metalle der Platingruppe, Uran, Plutonium, Gold und andere Materialien, die auf der Erde selten sind).

Wofür soll man es verwenden

Selbst wenn es mit Sauerstoff energischer brennt als jede andere bekannte chemische Reaktion (obwohl die physikalische Chemie nahelegt, dass 118 ein Edelgas ist, 112 einem Edelmetall nahe kommt und 125 ein Seltenerdmetall ist - so realistisch sollten Sie eines davon erwarten diese schwach oder gar nicht mit Sauerstoff reagieren), würde die Menschheit ihn tatsächlich als chemischen Treibstoff nutzen?

Sicherlich nicht.

Es kann nicht auf der Erde gefunden werden, was es wertvoller macht als jedes irdische Material, das Sie sich vorstellen können (wertvoller als Gold, Platin oder sogar die wertvollsten Edelsteine). Wenn Sie es "verbrennen" würden, würden Sie die dürftige Energiefreisetzung chemischer Reaktionen nicht nutzen (wie viele Menschen kennen Sie schließlich, die Diamanten für Wärme verbrennen?). Stattdessen würden Sie sich für die 1.000.000 entscheiden$\times$Energiefreisetzung der Atomkraft.

Trotzdem (und ungeachtet Ihres Vorbehalts "keine Atomkraft") vermute ich, dass das Material viel zu wertvoll wäre, um es in Spaltreaktoren zu "verbrennen". Mit einer$10^8$Die Halbwertszeit eines halben Jahres würden wir nur erreichen, wenn ein weiterer solcher Körper durch das Sonnensystem flog. Erwarten Sie nicht, dass es sich um eine Art erneuerbare Energieversorgung handelt. (Wenn Sie eine SF-Analogie der Erschöpfung der fossilen Brennstoffe der Erde wollten, könnte dies jedoch eine interessante Geschichte ergeben.)

Es würde hauptsächlich für Forschungszwecke verwendet werden, um herauszufinden, was das Material alles kann. Oder für die Superreichen, die vielleicht ein paar Souvenir-Schmuckstücke herstellen (das Material wäre radioaktiv, aber nicht so radioaktiv, dass es gefährlich wäre).

Bearbeiten 29.02.2016: Also habe ich darüber nachgedacht und dachte, hey, was wäre, wenn wir einen mittelgroßen metallischen Asteroiden auf hyperbolischem Kurs durch unser Sonnensystem hätten. Wir schickten eine Sonde dorthin und stellten fest, dass sie randvoll mit Elementen von der stabilen Insel war. Wenn wir seinen Lauf umlenken könnten, hätten wir eine riesige Menge des Zeugs für alle möglichen Dinge (Spaltreaktoren, Forschung, besondere Materialeigenschaften usw.) zur Verfügung.

Diese Materialien würden immer noch nicht für ihre chemischen Reaktionen verwendet, die freigesetzte Energie wäre die Energieinvestition nicht wert, um die Materialien zu erhalten. Es könnte für die Spaltung verwendet werden, wenn es ein überlegener Spaltbrennstoff wäre (es würde mehr Energie freisetzen als die Spaltbrennstoffe, die wir bereits verwenden). Vielleicht würde das "Verbrennen" zu Spaltasche führen, die besonders wertvolle Elemente (wie Metalle der Platingruppe) waren und während der Reaktion weit weniger Neutronen freisetzten. Aber das verstößt gegen Ihre Keine-Kernkraft-Kriterien.

Unabhängig davon bricht dieses Szenario auch Ihr Erneuerbare-Szenario.

Andere Wege, um dorthin zu gelangen

Es gibt mindestens zwei weitere Möglichkeiten, um das zu bekommen, was Sie wollen.

Fusion
Irgendeine Form der Fusion, vorzugsweise billig und energiearm (auch bekannt als "kalte Fusion"), würde gute Dienste leisten. Es gibt im Moment keinen plausiblen und wirtschaftlichen Mechanismus dafür, aber es wäre kein vollständiger Verstoß gegen die physikalischen Gesetze, anzunehmen, dass irgendein Weg entdeckt wurde, dies zu tun.

Metastabiles Helium
Ein Heliumatom hat 2 Elektronen. Das Orbital mit der niedrigsten Energie ist das „1S“-Orbital. Das "1S"-Orbital kann bis zu 2 Elektronen aufnehmen. Diese beiden Elektronen müssen jedoch unterschiedliche "Spin"-Werte besitzen (eins "oben" und eins "unten"). Wenn Sie dem Helium stattdessen zwei Elektronen mit dem gleichen Spinwert geben (z. B. zwei mit dem "up"-Spin), dann sitzt eines im "1s"-Orbital, aber seine Anwesenheit verhindert, dass das zweite Elektron ebenfalls in das "1s"-Orbital fällt . Stattdessen sitzt es im „2s“-Orbital. Dies wird metastabiles Helium genannt.

Metastabiles Helium könnte möglicherweise Energien bereitstellen, die weit höher sind als jede chemische Reaktion, und spezifische Impulse bis zum 10 -fachen der Energie liefern$2\text{H}_{2\text{(L)}} + \text{O}_{2\text{(L)}} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}$. Da dies eine "reale Sache" ist, würden Sie nicht gegen die Gesetze der Physik verstoßen, um es in Ihre Welt aufzunehmen.

Metastabiles Helium hat eine Halbwertszeit von etwa 2,3 Stunden, kann aber schneller zum Zerfall ("Verbrennen") katalysiert werden.

Die zwei Hauptnachteile von metastabilem Helium sind:

1. Es ist kein Brennstoff, es ist ein Energiespeichermechanismus (Sie brauchen immer noch Kraftwerke, um Ihre Energie zu erzeugen).
2. Metastabil Helium ist, nun ja, metastabil. Es hat die Tendenz, seine Energie spontan abzugeben. Das Helium, das von metastabil zu stabil wechselt, neigt dazu, das umgebende metastabile Helium dazu zu katalysieren, dasselbe zu tun. Wenn Sie einen großen Kraftstofftank haben, führt die große Menge und die hohe Energiedichte des Stoffes tendenziell zu einem „erdbewegenden Ka-Boom “ .

Es gibt eine Variante von metastabilem Helium, die einige seiner Probleme reduziert (zB stabiler macht und ihm eine längere Halbwertszeit verleiht). Dies wird als zweiatomiges metastabiles Helium bezeichnet. Sie binden ein metastabiles Helium an ein stabiles Helium und kühlen es dann ab, bis es einen Feststoff bildet. Das resultierende Material hat eine in Jahren gemessene Halbwertszeit, gibt aber seine Energie ab, wenn es Hitze ausgesetzt wird.

Leider halbiert dies die Energiedichte von metastabilem Helium - aber das ist immer noch viel besser als typische chemische Reaktionen.

Kernisomere
Eine andere Möglichkeit ist ein Kernisomer.

Stellen Sie sich einen kleinen, aber sehr elastischen Ballon mit einer weiten Öffnung vor. Füllen Sie diesen Ballon mit 72 schwarzen Tischtennisbällen (Protonen -$p$) und 102 weiße Tischtennisbälle (Neutronen -$n$) repräsentativ für den Kern von Hafnium (Hf). Beide$p$und$n$sind Nukleonen. In jedem Tischtennisball steckt eine mexikanische Springbohne. Schütteln Sie Ihren Ballon, bis Sie die kleinstmögliche Oberfläche erhalten – dies ist als Ihr minimaler oder Grundenergiezustand bekannt. Ziehen Sie nun vorsichtig ein Nukleon aus seinem Grundzustand und bewegen Sie es auf die andere Seite des Ballons, sodass es herausragt. Dies ist ein Kernisomer und repräsentiert den "angeregten Zustand" des Kerns.

Wenn Sie die Konfiguration nur eine Weile stehen lassen, wird die zufällige Energie, die von den mexikanischen Springbohnen geliefert wird, schließlich dazu führen, dass die Tischtennisbälle plötzlich in ihren Grundzustand zurückkehren. Dadurch wird ein Ton ("voomp!") Freigesetzt. Der Ballon repräsentiert einen Kern. Die Tischtennisbälle repräsentieren die Nukleonen. Der Ton ist der Gammastrahl ($\gamma$) freigesetzt, wenn das Kernisomer seine Energie freisetzt.

Wenn Sie den Ballon ausreichend fest schlagen, rekonfiguriert der Kern auch in den Grundzustand. Das versuchen Wissenschaftler im Labor zu beweisen.

Während metastabiles Helium angeregte Elektronenzustände nutzt, um Energie zu speichern, speichern Kernisomere Energie in angeregten Nukleonen. Genauso wie Kernreaktionen sind$10^6 \times$leistungsfähiger als chemische, können angeregte Nukleonen enorm mehr Energie speichern als Elektronen (in der Größenordnung von$5 \cdot 10^5 \times$mehr als die meisten chemischen Reaktionen).

Ähnlich wie der Bereich der Halbwertszeiten für radioaktive Elemente von Pikosekunden bis zu mehr als zehn Milliarden Jahren reicht, gilt dasselbe für Kernisomere. Es wird angenommen, dass ein Isomer eine Halbwertszeit von etwa hat$10^{15}$Jahren - es wurde nie ein Zerfall beobachtet und hat keinen praktischen Nutzen. Andere haben Halbwertszeiten, die so kurz sind, dass sie auch keinen praktischen Nutzen haben, weil alle Atome in der Probe spontan zu zerfallen scheinen. Hafnium hat jedoch ein Kernisomer mit einer sehr günstigen Halbwertszeit von 31 Jahren und könnte nützlich sein.

Es gibt ein paar Probleme mit Kernisomeren. Dazu gehört die Unfähigkeit, die Freisetzung der Energie auszulösen (**mehr dazu weiter unten). Energie wird von Hafnium als Gammastrahlen freigesetzt (was eine Abschirmung erfordert). Wie bei metastabilem Helium sind Kernisomere kein Brennstoff, sondern ein Energiespeichermechanismus. Sie sind nur auf die gleiche Weise erneuerbar wie Batterien (und metastabiles Helium) - sie können wieder aufgeladen und wiederverwendet werden.

Es gab einige kontroverse Forschungen, die darauf hinweisen, dass ein Verfahren zur Stimulierung der Freisetzung von Energie aus Kernisomeren gefunden wurde. Bisher ist jedoch die Menge an Energie, die erforderlich ist, um sie zu stimulieren, höher als die Energie, die sie freisetzen können.

Trotz all dieser Probleme sind nukleare Isomere theoretisch mögliche Energiespeichermechanismen und könnten Bestandteil einer großartigen Energiespeicherinfrastruktur werden. Sie würden sie aufladen und dann wie Batterien verwenden, deren Leistung langsam nachlässt.

Energiedichten

Sie werden keine nichtnukleare Energiequelle mit einer Energiedichte finden, die größer ist als die der Kernenergie. Es hat mit der Art der beteiligten Kräfte zu tun (starke und schwache Kernkraft versus Elektromagnetismus) und ist grundlegend für die Natur des Universums.

Viele Menschen haben kein angeborenes Verständnis für die relativen Größenordnungen der Energie, die zwischen chemischer und nuklearer Energie freigesetzt wird. Lassen Sie uns also Entfernung als repräsentativ für Energie verwenden. Wenn 1 cm der Energie entspricht, die durch die stärksten chemischen Reaktionen freigesetzt wird, dann sind 16 Kilometer die Energie, die durch Kernspaltung freigesetzt wird. Fusion ist 100+$\times$stärker (dargestellt durch eine Entfernung von 1.600 Kilometern). Die Stromerzeugung mit chemischer Energie ist im Vergleich zur Kernkraft einfach nicht sehr effektiv.

Dies ist die relative Energiedichte mehrerer Materialien:

• Antimaterie >$12 \times$Fusion (Wiki-Wert von$150 \times$)
• Fusion >$4 \times$Fission (Wiki-Wert von$100 \times$)
• Spaltung >$10^6 \times$chemisch (Wiki-Wert von$1.6 \cdot 10^6 \times$)
• Kernisomer >$5 \cdot 10^5 \times$chemisch
• Metastabiles Helium >$10-100 \times$die meisten anderen Chemikalien (Wiki value$10 \times$)
• Zweiatomiges metastabiles Helium >$5-50 \times$die meisten anderen Chemikalien (Wiki value$5 \times$)
• Die meisten chemischen Brennstoffe >$100 \times$die meisten Erneuerbaren (ein direkter Vergleich ist schwierig, da erneuerbare Kraftstoffe oft "kostenlos" sind, aber ihre Infrastruktur riesig und kostspielig ist)

Übrigens erhält man die energiereichsten chemischen Reaktionen zwischen Elementen, wenn man Elemente aus dem Periodensystem oben rechts (Oxidationsmittel wie Fluor/Sauerstoff) mit denen unten links (Reduktionsmittel / Alkalimetalle) kombiniert. Ein noch nicht hergestelltes Alkalimetall Ununennium - Element 119 würde Ihren Anforderungen genügen. Es wird jedoch nicht erwartet, dass dieses Element eine Halbwertszeit von mehr als Mikrosekunden hat und eine Reise von der nächsten Supernova (dem stellaren Ereignis, das solche Elemente erzeugt) zum Sonnensystem nicht überleben würde.

Sie können durch viele Mechanismen Moleküle mit mehr Verbrennungsenergie erzeugen. Die meisten dieser extrem starken Sprengstoffe sind nicht stabil und daher in den meisten Fällen nicht sicher in der Anwendung. Andere (z. B. Octanitrocubane, auch bekannt als Cubane ), sind so schwierig herzustellen, dass sie zu teuer sind, um sie in großen Mengen herzustellen.

Octanitrocuban (Summenformel: C ₈ (NO ₂ ) ₈ ) ist ein hochexplosiver Sprengstoff, der wie TNT stoßunempfindlich ist (nicht leicht durch Stoß detoniert).

...

Octanitrocuban soll eine um 20–25 % höhere Leistung als HMX (Oktogen) haben.

Aber letztendlich sind chemische Reaktionsenergien durch die Energien begrenzt, die durch chemische Bindungsstärken verfügbar sind.

Erneuerbare Energien

Erneuerbare Energien, zumindest so weit verbreitet (z. B. Wind & Sonne), besitzen extrem niedrige Energiedichten. Stellen Sie sich einen Windpark mit 1000 der großen 1-MW-Windturbinen vor. Es würde viele Quadratmeilen abdecken und 1/5 oder weniger der Energie erzeugen, die von einem einzelnen mittelgroßen 1-GW-Kohleverbrennungs- oder Kernkraftwerk erzeugt wird, das nur ein paar Hektar Land einnimmt (tatsächlich erzeugte Energie und nicht installierte theoretische Kapazität). .

Wenn Sie Energiedichte brauchen, dann brauchen Sie Kernenergie.

Wer Erneuerbare will, muss mit extrem schlechten Energiedichten leben.

Wenn Sie beides wollen, dann brauchen Sie so etwas wie das metastabile Helium (siehe oben), um die von Ihrem Kraftwerk mit niedriger Energiedichte erzeugte Energie in einer Form mit hoher Energiedichte zu speichern (aber Sie müssen immer noch mit der riesigen, niedrigen Energie leben Dichte Windpark).

Obwohl es derzeit beliebt ist, die Vorzüge der „Erneuerbaren“ zu preisen, kommen Erneuerbare letztendlich aus Sonnenlicht und Sonnenlicht kommt von der Sonne, die ein riesiges Atomkraftwerk ist. Warum sollten Sie sich mit all den Zwischenhändlern (intervenierenden Prozessen) befassen, von denen jeder einen ziemlich hohen Effizienzverlust hat? Warum nicht direkt mit der Atomkraft zusammenarbeiten?

Wie könnte das funktionieren?

Am Beispiel des zweiatomigen metastabilen Heliums ...

Angenommen, Wissenschaftler untersuchen Kometenmaterialien (wie sie gesammelt wurden, ist nicht wichtig) und entdecken, dass eine solche Verbindung metastabiles Helium in irgendeiner Form enthält, die viel stabiler ist als alles, was wir bisher entdeckt haben. Nur zu wissen, dass es ein solches Material gibt, und einige Beispiele zu haben, würde zu einem riesigen neuen Forschungsgebiet führen.

Letztendlich könnte alles auf den neuen Energiespeichermedien laufen, die die metastabile Heliumverbindung als Batterie verwenden, und riesige erneuerbare Energien, die sich über den Planeten (oder den Mond) ausbreiten, um diese Batterien mit Strom zu versorgen.

Wir würden uns nicht darauf verlassen, die Materialien aus himmlischen Quellen abzubauen.

Als Alternative, wenn es in Ihrer Geschichte wichtig ist, dass wir die Brennstoffquelle abbauen mussten, dann könnten Sie sich immer dem Abbau des Mondes und anderer astronomischer Körper für ₃ He zuwenden. Dazu müssen Sie jedoch Kernenergie verwenden. Auf der positiven Seite wirft ₃ He deutlich weniger Neutronen ab als die meisten anderen Fusionsreaktionen.

Kurze Antwort: Nein.

Elemente werden durch ihre Ordnungszahl identifiziert, dh die Anzahl der Protonen im Atomkern.

Als Mendeleev das Periodensystem erfand, gab es eine Reihe von Löchern. Beispielsweise gab es kein bekanntes Element zwischen Calcium, Ordnungszahl 20, und Titan, Ordnungszahl 22. Mendeleev schlug daher die Existenz neuer, bisher unbekannter Elemente vor. Er sagte Eigenschaften dieser Elemente voraus, basierend darauf, wo sie in sein Periodensystem passen würden. Als diese Elemente gefunden wurden und tatsächlich die von ihm vorhergesagten Eigenschaften aufwiesen, war dies ein starker Beweis dafür, dass die Theorie hinter seinem Periodensystem richtig war.

(Anmerkung: Mendeleev baute seine Tabelle mit Atomgewichten und nicht mit Ordnungszahlen, daher waren seine Methoden nicht ganz so streng wie heute. Aber das ist ein Randpunkt.)

Heute haben wir Elemente für jede mögliche Ordnungszahl von 1 (Wasserstoff) bis 118 (vorläufig Ununoctium genannt) identifiziert. Das heißt, wir kennen die Elemente 1, 2, 3, 4, 5, 6 usw., jede mögliche ganze Zahl bis 118. Daher müssen alle unbekannten Elemente Ordnungszahlen höher als 118 haben.

Alle bekannten Elemente mit Ordnungszahlen ab 84 (84=Polonium) sind radioaktiv und instabil. Wie Jim2B erwähnt, theoretisieren einige Physiker, dass es stabile Elemente mit höheren Ordnungszahlen geben könnte, aber solche Elemente wurden noch nie in der Natur gefunden oder im Labor synthetisiert, also ist an diesem Punkt alles Theorie.

Die Teile der Frage zum Periodensystem wurden bereits behandelt, daher möchte ich kurz auf eine der Randbedingungen eingehen.

Die beiden erwünschten Eigenschaften Erneuerbare und höhere Energiedichte als Kernenergie stehen im Wesentlichen im Widerspruch zueinander. Etwas Erneuerbares bedeutet, dass die Substanz im Wesentlichen spontan entstehen kann. Das bedeutet wiederum, dass es keine großen Mengen an Energie zum Bauen erfordern kann, denn jeder spontane Prozess, der die Substanz aus anderen Quellen erzeugt, müsste diese Energie irgendwie einbringen. Insbesondere müsste er diese Energie auf die Energie konzentrieren Dichte von was auch immer es macht.

Das schränkt die Energiedichte nachwachsender Rohstoffe stark ein. Jeder spontane Prozess, der versucht, so viel Energie in einen kleinen Ort zu packen, würde es wahrscheinlich leichter finden, sich selbst zu entzünden, als Unobtainium zu produzieren. Nicht zuletzt, weil es so viele verschiedene Möglichkeiten gibt, Feuer zu fangen, aber nur ein paar Möglichkeiten, Unobtanium zu synthetisieren.

Sie haben Ihre eigene Frage beantwortet, indem Sie ein Bild des Periodensystems gepostet haben - eindeutig gibt es keine Lücken zwischen 1 und 118.

Da dies jedoch WB und nicht Physics ist, lassen Sie uns spekulieren. Der Kern wird normalerweise als Weintraube dargestellt, die eine kugelförmige Struktur bildet, da dies der niedrigste Energiezustand ist. Aber ist es...

Kerne werden durch die starke Kraft zusammengehalten . Dies ist eine sehr kurze Reichweite - im Wesentlichen Bindung von Nukleonen an ihre nächsten Nachbarn. Der Kampf gegen die starke Kraft ist die elektrostatische Abstoßung der Protonen, die weitreichend ist. Jedes Proton fühlt sich von allen anderen im Kern abgestoßen. Wenn der Kern wächst, wird die abstoßende Kraft größer, während die starke Kraftändert sich nicht wirklich. Das Hinzufügen neutraler Neutronen hilft, weil dies die Protonen weiter auseinander drückt und so die elektrostatische Kraft schwächt. Deshalb beginnt das Proton-Neutron-Gemisch etwa gleich und wird nach oben hin immer neutronenreicher. Wenn wir bei ein paar hundert Nukleonen angelangt sind, wird es schwierig, das Ding zusammenzuhalten, und wir bekommen radioaktive Isotope, die immer wieder auseinanderfallen.

Was aber, wenn es im sehr großen Ordnungszahlbereich einen stabilen Bereich gibt? Vielleicht können sich bei, sagen wir, 1000 Kernen Strukturen bilden, die dazu führen, dass es stabil ist. Zum Beispiel könnten Sie eine äußere Hülle aus abwechselnd Protonen und Neutronen (wie das Muster auf einem Fußball) mit einem zentralen Kern aus Neutronen haben. Das würde die Protonen weit voneinander entfernt halten, aber Ihnen erlauben, einen massiven Kern zu haben.

Seine chemischen Eigenschaften wären seltsam - ein riesiger Kern würde die Umlaufradien der Elektronen verwüsten. Es wäre sehr dicht – vielleicht zwei oder drei Größenordnungen dichter als existierende Elemente. Wenn Sie das Proton-Neutron-Gitter stören würden, würde es in einen Strahl leichterer Elemente zerfallen und ziemlich viel Energie freisetzen, würde ich mir vorstellen.

Es ist unwahrscheinlich, dass sich so etwas auf natürliche Weise bildet, da Kerne normalerweise durch Zusammendrücken leichterer Kerne hergestellt werden. Möglicherweise können Sie jedoch einen solchen Kern konstruieren : Erstellen Sie ein 2D$p-n$Gitter und wickle es dann um einen Neutroniumklumpen. Einfach!

Viele gute Antworten, aber hier sind meine 0,02 $ (vor Steuern).

Erstens gibt es keinen Platz, um neue Elemente in den Mix zu werfen, es sei denn, Sie finden ein interessantes Element mit hoher Masse, das alle bekannten Regeln bricht. Keine Lücken zu füllen, außer mit ein paar seltsamen Isotopen und so.

Sehen wir uns Ihre drei Bedingungen in umgekehrter Reihenfolge an:

#3: Erneuerbar

Das wird von deiner Quelle abhängen, denke ich. Im Allgemeinen bedeutet dies entweder, dass der Treibstoff und/oder jegliche Vorläufermaterialien keine statische Ressource sind (kein Abbau von Asteroiden oder ähnlichem). Fossile Brennstoffe sind nicht erneuerbar, pflanzliche Alkohole und Biodiesel schon. Dieser könnte ziemlich einfach zu lösen sein, vielleicht auch nicht.

#2: Sauber

Nicht ganz so einfach wie es klingt. Wenn Sie nur meinen, dass es als Kraftstoffquelle ein Minimum an Umweltbelastung verursacht, ohne Rücksicht auf die Umweltauswirkungen seiner Herstellung, dann können wir vielleicht eine Menge interessanter Dinge in den Mix werfen. Beide Seiten sind Probleme für die Kernenergie, da sowohl die Raffination als auch die Nutzung von Nuklearmaterialien Abfallprodukte erzeugen, die wahrscheinlich für Jahrtausende ein Problem darstellen werden.

#1: Besser als Nuklear

Der Grund, warum ich die Reihenfolge umgekehrt habe, ist sowohl das am schwierigsten zu erfüllende Kriterium als auch der direkteste Einfluss auf die möglichen Antworten. Ganz gleich, welche Art von obskuren atomaren Isotopen oder fiktiven Elementen Ihnen einfällt, chemische Reaktionen setzen einfach nicht die Art von Energie frei wie nukleare. Zeitraum. Chemische Bindungen sind um Größenordnungen weniger stark als nukleare, und das wird sich nie ändern, egal mit welchem ​​Material Sie reagieren.

Was meiner Meinung nach ein wirklich reales Material übrig lässt: Antimaterie.

Insbesondere Antihydrogen besteht aus einem Kern von 1 Antiproton mit einem einzigen Positron. Dies wurde erstmals in den 90er Jahren am CERN synthetisiert (natürlich in ultrakleinen Anteilen) und wird immer noch untersucht. Wenn die Vorhersagen wahr sind, wird es sich genau wie normaler Wasserstoff verhalten und das Antimaterie-Äquivalent von H ₂ -Gas bilden.

Nehmen Sie 1 Teil Wasserstoff und einen Teil Antiwasserstoff, mischen Sie in einem geeigneten Reaktor - achten Sie darauf, dass Ihre Antimaterie niemals mit "normaler" Materie in Kontakt kommt - und die resultierende Energiefreisetzung (Gammastrahlen aus der Elektron/Positron-Reaktion plus verschiedene Pionen, Myonen , Neutrinos, Positronen und Elektronen aus dem Proton/Antiproton) kommt der vollständigen Befreiung von Energie aus Masse so nahe, wie es derzeit möglich ist.

Abgesehen von den Neutrinos, die so ziemlich aus jeder derzeit verfügbaren Eindämmung entkommen, kommt das Ergebnis ziemlich nahe an den Brennstoff mit der höchsten Dichte, der hergestellt werden kann, fast reines E=MC ² . Gemessen an der Brennstoffmasse sollte ein Materie/Antimaterie-Kraftwerk rund 2 Milliarden Mal so viel Leistung erzeugen wie ein Dieselmotor. Wenn Sie damit ein Landfahrzeug antreiben wollten (vorausgesetzt, Sie können einen kompakten Reaktor bauen), reicht ein Gramm Anti-Hydrogen für eine verdammt lange Zeit.

Aus der "sauberen" Perspektive haben M/AM-Reaktionen ziemlich sichere Nebenprodukte, wenn Sie die Gammastrahlen und so weiter einfangen können. Es gibt keine Verbrennungsabgase, kein Wasser usw. Wenn Sie nur Positronen verwenden könnten, würden Sie nur eine ganze Menge Gamma bekommen, aber sie zu speichern ist noch schwieriger, wenn Sie kein Antiproton haben, an das sie sich binden können. Tatsächlich werden die einzigen wirklichen Emissionen aus dem Reaktor Neutrinos sein, die nicht allzu sehr daran interessiert sind, mit irgendetwas zu reagieren. Bei ausreichend hoher Dichte könnte es einige seltsame Effekte geben, vielleicht die gelegentliche Transmutation oder ungeplante Ionisation in umgebender Materie ... nichts Großes.

Antimaterie kann derzeit in kleinen Mengen mit enormer Energie synthetisiert werden, was ein kleiner Nachteil ist. Aber wenn Sie das Syntheseproblem lösen können und Zugang zu ausreichend Energie aus anderen Quellen haben, dann könnten Sie vielleicht eine stetige Versorgung herstellen. Das umfasst Erneuerbare.

Das Problem ist natürlich, dass Sie fast keine Chance haben, die unvermeidliche unkontrollierte M/AM-Reaktion zu vermeiden und Ihre Spezies vom Antlitz des Planeten zu fegen. Verwenden Sie dieses Zeug vielleicht nur im Weltraum, wo eine Explosion weniger wahrscheinlich Löcher in die Planetenkruste reißt.

All dies beruht auf einem sehr hohen technologischen Niveau – denken Sie an Space Opera – und bevor alle Knicke ausgearbeitet sind, könnte es möglich sein, ein Gerät zu entwickeln, das Energie direkt aus Materie freisetzt. Persönlich würde ich mich über einen Materie-zu-Energie-Konverter freuen als über M/AM-Reaktoren, aber beide sind derzeit weit außerhalb unserer Reichweite.

Angenommen, 128ium wäre ein Katalysator für eine Niedertemperatur-Fusionsreaktion - wie das gemeinsame Isotop A mit dem gemeinsamen Isotop B auf der Oberfläche eines 128ium-Kerns verschmilzt, um ein instabiles Isotop C zu ergeben, das schnell durch Beta-Zerfall in das stabile Nebenprodukt D zerfällt und viel Wärme erzeugt keine gefährlichen Nebenprodukte. Sie müssen eine nukleare Zerfallskarte durchkämmen, um eine freundliche Reaktion zu finden, oder sich eine ausdenken, die außerhalb der Karte liegt, aber plausibel ist.

ja vielleicht

Schauen Sie sich multipositronische Systeme an.

http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.83.5471

Die Kurzversion ist, dass Sie Positronen (dh Antielektronen) an negative Ionen binden können, um neue, ausgefallene Atome zu erzeugen. Somit können Sie zwischen den Elementen des Periodensystems neue „Elemente“ haben. Meines Wissens ist nicht viel über die Eigenschaften solcher Dinge bekannt, aber dort würde ich nach mysteriösen Dingen suchen.

Dieser xkcd-Cartoon hat mich mit der Notiz, die Sie zwischen 3 und 4 sehen, „ Gird – von orthodoxen Mathematikern als Kanon akzeptiert “, in ein paar Stunden Zeitverschwendung gesogen .

Auf der Erklärungsseite, die ich verlinkt habe, sehen Sie Links zu verwandten Werten: Bleem , Derf, Bleen, SCP-033 (bei dem ich fast mein Tablet verloren hätte) und Sorf. Sie können dort anfangen und Online-Geschichten (und jetzt sogar einen Kurzfilm) für The Strangest Number usw. finden.

Bleem Jelly Beans zu haben ist also ein dummer Trick. Warum wollen die Overloads nicht, dass wir diese Ganzzahl bemerken? Vielleicht ist es viel ernster, Bleem- Protonen in einem Atom zu haben.

Wenn Sie eine zusätzliche Zahl übersehen haben, dann haben Sie ein entsprechendes Element und einige Isotope einiger anderer Elemente.

Gibt es potenzielle Lücken im Periodensystem, wo ein solches Element existieren könnte?

Wie alle anderen gesagt haben: Nein.

Während Sie möglicherweise Elemente jenseits von 118 haben (und Jim2B hat die Möglichkeit, dass einige von ihnen stabil sind, hervorragend angesprochen), gibt es eindeutig keine bestehenden Lücken im Periodensystem, und nichts wird daran etwas ändern.

Wo im Periodensystem würde ein solches Element landen, um die beste Brennstoffquelle zu sein?

Zuerst müssen wir diskutieren, was es bedeutet, ein Element zu sein , und was es bedeutet, ein Brennstoff zu sein .

Ein Atom eines gegebenen Elements kann man sich als Kern vorstellen, der von einer Elektronenwolke umgeben ist . Um als Brennstoff zu fungieren , müssen diese Atome so reagieren, dass sie Energie erzeugen. Wenn Atome reagieren, können sie dies auf zwei Arten tun. Erstens könnten sie oberflächlich durch die umgebende Elektronenwolke interagieren und chemische Bindungen mit anderen Atomen in einem als chemische Reaktionen bekannten Prozess bilden und aufbrechen . Zweitens könnten sie auf einer tieferen Ebene reagieren, indem sie ihre Kerne verschmelzen oder auseinander brechen – ein Prozess, der als (warten Sie darauf ...) Kernreaktionen bekannt ist .

Daher sind Sie durch die Definition eines Elements automatisch entweder auf schwächere chemische Reaktionen oder energiereichere Kernreaktionen beschränkt. Aber Sie haben Kernreaktionen a priori als nicht stark genug ausgeschlossen, daher ist nicht klar, nach welcher Art von Reaktion Sie suchen. Hier gibt es wirklich nicht viel von einer dritten Option - entweder Sie beziehen den Kern in die Reaktion ein oder nicht (wodurch seine größere Energiemenge eingebüßt wird).

Ich gebe zwei Möglichkeiten, die beide technisch gegen Ihre Regeln verstoßen.

Nuklearer Redux

Sie erklären nicht, warum Sie keine Atomkraft wollen, außer dass Sie eine höhere Energiedichte wollen. Wie bereits erwähnt, sind Kernreaktionen die Reaktionen mit höherer Dichte. Allerdings ist nicht alles "nuklear" gleich. Ist es in Ordnung, wenn es Atomkraft ist, aber mit einer höheren Leistungsdichte als aktuelle Atomkraftwerke?

Die Hauptkategorien der Kernenergie sind Spaltung und Fusion. Aber selbst innerhalb dieser Kategorien gibt es eine große Vielfalt an Designs mit erstaunlichen Unterschieden zwischen ihnen. Tatsächlich wird die Energiemenge, die Sie aus einer bestimmten Menge Brennstoff gewinnen können, weitgehend durch das Reaktordesign bestimmt, nicht nur durch den Brennstoff.

Beispielsweise sind die meisten der heute verwendeten Kernreaktoren "Generation II"-Reaktoren, die zwischen den 60er und 90er Jahren entworfen und gebaut wurden. Einige der neueren sind Generation III, die inkrementelle Verbesserungen von Gen II-Designs sind, aber immer noch auf festen Brennstäben und Druckwasserkühlung basieren. Es gibt jedoch eine Reihe von Reaktordesigns der Generation IV – zum Beispiel verschiedene Schmelzsalzreaktoren (MSRs) – die so aussehen, als könnten sie „100- bis 300- mal mehr Energieausbeute aus der gleichen Menge an Kernbrennstoff liefern". Wo aktuelle Gen II- oder III-Designs nur einen kleinen Teil der Energie eines Kraftstoffs extrahieren und eine große Menge an Abfall hinterlassen, sind diese neueren Designs in der Lage, den Großteil der Energie eines Kraftstoffs herauszupressen und hinterlassen relativ wenig Abfall Zählt dies für Ihre Zwecke als leistungsdichter als nuklear?

Die besten Brennstoffe für die Spaltung sind am Ende so massiv wie möglich und radioaktiv, aber stabil genug, um nicht schnell in etwas anderes zu zerfallen. Die Elemente, die am besten zu dieser Rechnung passen, sind Dinge wie Uran und Thorium.

Insbesondere bei MSRs gibt es eine Debatte darüber, ob man bei Uranbrennstoff bleiben oder auf Thorium umsteigen soll, das anscheinend leistungsdichter als Uran und wohl häufiger ist. Obwohl nicht ganz erneuerbar, sind beide Elemente auf unserem Planeten im Überfluss vorhanden und würden im Wesentlichen unbegrenzt halten (der Ozean ist mit Uran gesättigt, das aus Flüssen in ihn gelangt, und Thorium ist ein äußerst häufiges Nebenprodukt bestimmter Arten des Bergbaus, das derzeit weggeworfen wird); es ist auch auf dem Mond üblich). Uran und Thorium sind die einzigen signifikant radioaktiven Elemente, die auf unserem Planeten in großen Mengen vorkommen.

Und das ist alles, bevor wir überhaupt anfangen, über Fusion nachzudenken. Da Sie versuchen, die Kerne bei der Fusion schnell genug zu machen, um gegeneinander zu stoßen, ohne abgelenkt zu werden, ist der beste Brennstoff leicht - daher der Wunsch, Wasserstoff oder Helium (Ordnungszahlen 1 und 2) zu verwenden. Einige Fusionsreaktoren verwenden ein Isotop von Helium, das als Helium-3 bekannt ist.

Antimaterie

Dies ist kein Element, sondern eine andere Art von Materie mit entgegengesetzter elektrischer Ladung zu normaler Materie. Wenn Materie und Antimaterie aufeinander treffen, vernichten sie sich gegenseitig und erzeugen die maximal mögliche Menge an Energie für eine gegebene Menge an Masse. Dies ist Ihre absolute Grenze für die Menge an Energie, die Sie aus Materie extrahieren können. Technisch gesehen ist dies auch eine Form der Kernreaktion, da Sie den Kern vernichten.

Das Problem ist, dass Antimaterie nicht in der Natur vorkommt und sehr schwierig herzustellen ist, sodass Sie bei diesem Prozess Energie verlieren. An dieser Stelle werde ich mich ein wenig von der bekannten Wissenschaft entfernen und zum Zwecke der Fiktion spekulieren. Mir fallen ein paar mögliche Quellen ein, wo man Antimaterie finden könnte.

Interstellares Medium

Das ist wahrscheinlich falsch, aber es besteht eine geringe Chance, dass Sie im Vakuum des Weltraums auf Spuren von Antimaterie stoßen, ähnlich wie interstellarer Wasserstoff. Dies könnte möglicherweise mit einer Art Bussard Ramjet aufgeschöpft und geerntet werden. Ich nehme an, auf diese Weise bekommt die USS Enterprise zumindest einen Teil ihrer Antimaterie.

Schwarze Löcher

Während schwarze Löcher normalerweise als Dinge angesehen werden, denen nichts entkommen kann, argumentierte Stephen Hawking tatsächlich, dass sie verdampfen und dabei sogenannte Hawking-Strahlung emittieren. Dies kann man sich als Teilchen/Antiteilchen-Paar vorstellen, das sich aus dem Vakuum in der Nähe eines Ereignishorizonts bildet, und dann wird ein Mitglied in das Schwarze Loch gesaugt, während das andere befreit wird. Sie könnten darüber nachdenken, mit elektromagnetischen Feldern zu manipulieren, welches Mitglied des Paares verschlungen und welches emittiert wird. Es ist wahrscheinlich nur einfacher, die resultierende Hawking-Strahlung direkt zu ernten (wiederum rein spekulativ gesprochen).

Oder, solange Sie ein Schwarzes Loch haben, könnten Sie sich für einige der anderen hier aufgeführten Optionen entscheiden: https://physics.stackexchange.com/questions/20813/how-would-a-black-hole-power -Pflanzenarbeit

Magnetfelder

Wenn man von der exotischen Physik der Schwarzen Löcher einen Schritt zurückgeht, stellt sich heraus, dass ein ähnlicher Teilchen/Antiteilchen-Prozess stattfindet, wenn kosmische Strahlung auf eine Planetenatmosphäre trifft. Und wenn ein Magnetfeld vorhanden ist, kann dies die Antiteilchen einfangen. Laut dieser Seite wird angenommen, dass Antimaterie in der Größenordnung von mehreren hundert Mikrogramm in den Strahlungsgürteln des Saturn und auch in einer guten Menge um die Erde herum gespeichert sein könnte. Wie Sie es extrahieren, ist eine ganz andere Frage. Das Gute ist, dass es durch mehr kosmische Strahlung erneuert wird.

Nein, aber vielleicht kann ein Isotop eines bereits existierenden Elements entdeckt werden

Aufgrund der Beschaffenheit des Periodensystems können keine Lücken darin sein, jedoch können einige Superbrennstoffisotope wie Deuterium oder Uran 235 entdeckt werden

Warum ein Element?

Sind Sie sicher, dass Ihr Brennstoff ein neues Element sein soll ? Wie andere angemerkt haben, haben wir den Elementraum ziemlich gut abgedeckt. Neue Elemente sind nur zunehmend instabile Klumpen von Protonen und Neutronen (mit Elektronen, die sie umkreisen), die nur in seltenen Situationen existieren.

Wir kennen bereits Möglichkeiten, Kraftstoffe mit höherer Dichte zu nutzen. Beispielsweise ist die Kernspaltung so energiedicht, dass die Verunreinigungen in Kohle mehr Energie liefern würden, wenn sie als Uran verwendet würden, als wenn die Kohle verbrannt würde. Wir verwenden das nicht, weil es teuer ist.

Ein weiterer Brennstoff mit noch höherer Dichte ist Antimaterie. Wir verwenden das jetzt nicht als Treibstoff, weil wir keine Quelle dafür haben und nicht wirklich die Ausrüstung haben, um es zu handhaben, wenn wir es täten. Sie ist noch nicht einmal so weit im Entwicklungsprozess wie die Fusion. Wenn die Menschen in Ihrer Welt also eine reichliche Quelle von Antimaterie entdecken und einen Weg finden, sie zu ernten, würde das ungefähr den gleichen Raum einnehmen wie ein neues Element. Und es könnte ganz im Einklang mit dem stehen, was wir über das Universum wissen.

Was ist mit niedrigeren Partikeln? Warum sich nur auf Atome beschränken? Sie könnten stattdessen über etwas sprechen, das aus anderen Quarks als den eher üblichen Protonen, Neutronen, Elektronen, Neutrinos und ihren Antiteilchen besteht. Das würde nicht ins Periodensystem passen, aber eher wie ein neues Element wirken.

Eine andere Möglichkeit wäre eine alternative Version von Energie. Derzeit können wir Energie als potentielle Energie, kinetische Energie oder elektromagnetische Energie (Photonen) speichern. Was wäre, wenn Sie eine besser handhabbare Version eines Photons entdecken würden? Einfacher als Energie zu speichern?

Oder finden Sie einen Weg, die grundlegenden Grundlagen der Schwerkraft zu nutzen, um Energie zu speichern. Wir wissen nicht, wie die Schwerkraft übertragen wird. Wir spekulieren viel. Vielleicht ist ein Zweig der Spekulation für Ihre Zwecke geeignet. Vielleicht liegt das Geheimnis in Gravitonen. Oder etwas anderes. Wenn das interessant klingt, würde ich eine neue Frage vorschlagen, bei der jemand, der sachkundiger ist als ich, konkretere Vorschläge machen könnte.

Ich denke, wenn Sie das Periodensystem loslassen, wird es einfacher sein, Ihr eigentliches Ziel zu erreichen.

(1) Es gibt keine logische Lücke im Periodensystem, in die Sie ein neues mysteriöses Element zur Verwendung als Brennstoff einfügen könnten.

(2) Schließen Sie trotzdem Lösungen mit Ionen und Molekülen nicht aus. Kein Typ ist ein Element. Kernbrennstoff ist für eine Reihe von Zwecken gut, aber er zerfällt mit der Zeit. Die beste Energiequelle hängt auch von der Verwendung ab, für die sie eingesetzt werden soll.

Ich spekuliere, was Sie wirklich wollen, ist ein Treibstoff, der plausibel in einem Zustand mit hohem Potenzial bleiben kann, während er Lichtjahre reist. Für eine Science-Fiction-Geschichte könnte es hilfreich sein, wenn der Treibstoff im Orbit um eine ferne Sonne erneuert oder aufgeladen werden kann.

Stellen Sie sich ein Gerät vor, das Ionen, Moleküle und Magnetohydrodynamik verwendet und durch Solarenergie wieder aufgeladen werden kann. Sie können das Gerät als einen der Treibstoffe des Raumfahrzeugs bezeichnen, aber verraten Sie Ihren Lesern, dass es mehr als nur Elemente sind.

Nyes. Oder Yeno. Oder vielleicht mayes oder nobe. Oder jede andere Variante von ja-nein-vielleicht.

Wie viele Poster hier fachmännisch gesagt haben, gibt es keine Lücken im Periodensystem.

Die Anzahl der Protonen muss eine ganze Zahl sein.

Außer, warum eine ganze Zahl? Warum nicht eineinhalb Protonen?

Wir wissen jetzt, dass Protonen nicht unteilbar sind. Sie bestehen aus noch kleineren Teilchen. Also ein Atom, das aus einem ungewöhnlichen Proton besteht? Eines, das schwerer oder leichter als ein normales Proton ist? Vielleicht hat es nur zwei Quarks oder vielleicht sechs? Es gibt keinen Grund zu der Annahme, dass es sich nicht um ein Element handeln könnte, das sich von einem Element mit normalen Protonen (drei Quarks) unterscheidet. Und da es nur eine mehr oder weniger positive Ladung als ein herkömmliches Proton haben könnte, würde die Anzahl der Elektronen, die zum Ladungsausgleich benötigt wird, eine interessante Situation hervorrufen. Wie würden Sie ein solches Element in das Periodensystem einfügen, außer zu sagen, dass es eine Lücke füllt? Kein Isotop, sondern ein Element mit gleicher Protonenzahl, nur die Protonen waren unterschiedlich? Nennen Sie es, sagen wir, Element 91(a) und 91(b) oder 91 und 91,5?

Ich konnte mir nicht einmal ansatzweise vorstellen, welche Energien unter solchen Umständen verfügbar sein könnten und wie sie freigesetzt werden könnten. Vielleicht in einer nuklearen Umwandlung zurück zu einem traditionellen Proton? Aber das ist das Schöne an der Fiktion. Sie brauchen nicht mehr zu erklären, als für die Handlung notwendig ist. „Machbar“ ist gut genug.

Offensichtlich gibt es aufgrund der Ganzzahligkeit der Elemente und der Fülle anderer Gründe aus anderen Antworten keine Lücken im Periodensystem. Es sieht jedoch nicht so aus, als hätte jemand Neutronium erwähnt , das Ihnen am Kopf des Periodensystems etwas Spielraum geben kann, anstatt am Ende.

Neutronium

Sicherlich eine hypothetische Substanz, sie besteht ausschließlich aus Neutronen. Es gibt einige nukleare Modelle , die dies zulassen, und andere, die dies ausdrücklich ausschließen . In Ihrem Universum mögen es diese ersten Modelle sein, die richtig sind und Neutronium als Element zulassen. Angesichts dessen, wie wenig wir darüber wissen, haben Sie mehr oder weniger freie Hand darüber, was genau seine Eigenschaften sind und wie es als Brennstoffquelle verwendet werden kann.

Obwohl die Frage, ob es Lücken in der Chemikalientabelle gibt, hier ausführlich beantwortet wurde und einige alternative Brennstoffquellen neben der chemischen Verbrennung diskutiert wurden, möchte ich das ein wenig erläutern. Der Grund dafür ist, dass es im Periodensystem zwar keine Lücken gibt, aber im Standardmodell , das die Domäne der Hochenergiephysik ist, viel Platz für Neues ist , und Hochenergie ist genau das, was Sie zu interessieren scheint in. Besser, da an den Rändern des Modells so wenig bekannt ist, gibt es unglaublich viel Raum, um Dinge zu erfinden.

Die gesamte Energieerzeugung, vereinfacht

(Ertrag mit mir)

Um das allgemeine Problem der „Energieerzeugung“ zu vereinfachen, ist es hilfreich, sich daran zu erinnern, dass Energie weder erzeugt noch vernichtet werden kann . Das bedeutet, dass Energie nicht wirklich produziert wird.... sie war die ganze Zeit da. Der Mechanismus, durch den wir diese Energie nutzbar machen, besteht darin, ein System von einem stabilen Zustand mit relativ hoher Energie in einen anderen stabilen Zustand mit niedrigerer Energie zu bringen . Oft kann der Beweger durch die Verwendung eines cleveren Mechanismus den Unterschied nutzen.

Wenn man zum Beispiel Kohle verbrennt, findet die Reaktion C + O_2 -> CO_2statt. Es ist ein glücklicher Zufall unseres Universums, dass der Zustand der Materie "zwischen" diesen beiden Situationen eine noch höhere EnergieC + O_2 hat, obwohl die Trennung eine relativ hohe Energie und eine niedrigere Energie hat . Dies verhindert, dass alle und die einfach spontan in zusammenfallen . Um diese "Barriere" des noch höheren Energiezustands zu überwinden, müssen wir eine gewisse Energiemenge zuführen. Allerdings erhält man diese Energie zurück, wenn sich die Reaktion schließlich bei einpendelt .CO_2CO_2CO_2CO_2

SO , um den Prozess der Kohleverbrennung zu verallgemeinern: Nehmen Sie ein System in einem hohen, aber stabilen Energiezustand. Hoffe, dass dieses System einen niedrigeren, aber noch nicht realisierten Energiezustand hat. Geben Sie Energie ein, um das System vom höheren in den niedrigeren Energiezustand zu bringen. Holen Sie sich Ihre zugeführte Energie zurück, plus etwas, indem Sie ein Energie-Harnessing-Gerät verwenden.

Kernenergie funktioniert genau so: Uran ist ein hochenergetischer Zustand. Krypton und Barium (die Nebenprodukte der Uranspaltung) sind energieärmer. Der Zustand „dazwischen“ ist sehr hochenergetisch. Man gibt dem Uran Energie zu, um den "Zwischenzustand" zu überwinden, und endet mit Krypton und Barium (dem Niedrigenergiezustand) und einem Mistboot an Wärmeenergie, das beispielsweise eine Dampfmaschine antreiben kann.

Wasserkraft funktioniert genau so: Wasser in einem Berg hat einen hohen Energiezustand. Durch das Öffnen der Schleusen am Damm bewegt sich das Wasser in einem Tal in einen niedrigeren Energiezustand. Durch den Einsatz eines Wasserrades können wir uns den Unterschied zunutze machen.

usw usw usw

Was hat das mit irgendetwas zu tun, um auf den Punkt zu kommen, meine Güte

(Erstellen einer neuen Energiequelle)

Die moderne Physik ist voll von seltsamen Feldern , die einfach überall um uns herum existieren, Wissenschaftler haben gerade erst begonnen , einige dieser Dinge experimentell zu erforschen, und es gibt viele spekulative Formen von Wir-wissen-nicht-was, die hypothetisch existieren. Dies lässt viel Raum für Erfindungen, denn alles, was Sie brauchen, ist ein hochenergetischer Zustand, ein Mittel, um ihn in einen energieärmeren Zustand zu versetzen, und einen Mechanismus, mit dem Sie den Unterschied nutzen können . Man kann einen neuen höheren Energiezustand für Sachen erfinden, einen neuen niedrigeren Energiezustand für Sachen oder beides.

Was bedeutet das also für das Worldbuilding? Einige unmittelbare Folgen:

1) Vom „normalen“ Zeug zum „normalen“ Zeug: Die moderne Physik hat einen guten Griff auf die Energiezustände der Dinge, die wir um uns herum sehen und fühlen. Das heißt, wenn Ihr hochenergetischer Zustand und Ihr niederenergetischer Zustand BEIDE "normale Dinge" beinhalten, dann wird es trivial sein, Ihre Arbeit zu überprüfen . Unabhängig von dem Mechanismus, den Sie verwenden, um die Energie nutzbar zu machen , erzeugt die "Kernenergie"-Reaktion beispielsweise U -> Kr + Baeine feste Energiemenge, die berechnet werden kann, und ist unabhängig von jedem ausgefallenen neuen Gerät, das Sie sich vorstellen. Mit anderen Worten, wenn Ihr neuer energieerzeugender Mechanismus so aussieht: Ordinary stuff -> Other ordinary stuff, dann erhalten Sie eine "normale" Menge an Energie,

2) Von „exotischem“ Zeug zu „gewöhnlichem“ Zeug übergehen: Sie könnten zum Beispiel die Hypothese aufstellen, dass dunkle Materie ein unglaublich hochenergetischer Zustand der Materie ist, dass es eine Quelle für dieses Zeug gibt, dass es einen Mechanismus gibt, um Dunkelheit umzuwandeln Materie in „normale“ Materie umzuwandeln und irgendein Gerät zu entwickeln, um den Unterschied in der Energie nutzbar zu machen. Als Nebeneffekt hätten Sie ein Abfallprodukt von "gewöhnlicher" Materie. Auf diese Weise könnten Sie im Grunde unendlich viel Energie erzeugen.

3) Vom „gewöhnlichen“ Zeug zum „exotischen“ Zeug: Man könnte die Hypothese aufstellen, dass dunkle Materie ein unglaublich energiearmer Materiezustand ist. Da jedoch das anfängliche "normale" Materie-Energieniveau bekannt ist, können Sie auf diese Weise nur eine begrenzte Energie nutzen. Die Obergrenze ist E=mc^2. Allerdings mc^2ist eine ganze Menge Energie. OTOH, das Konzept der negativen Energie könnte diese Einschränkung überwinden.

4) Von „exotischem“ Zeug zu „exotischem“ Zeug übergehen: Die Welt steht Ihnen offen, aber es könnte schwierig sein, Ihre neue Energiequelle von Magie zu unterscheiden .

Ja
, ich werde meine Antwort sehr kurz halten: https://en.m.wikipedia.org/wiki/Exotic_matter
Es gibt viele Beispiele, wenn Sie durch die Seite blättern, und es gibt viele Unbekannte in Bezug auf sie. Wenn Sie Ihre Hände wirklich stark bewegen, können Sie möglicherweise eine davon verwenden.
Bearbeiten: Sie sind nicht unbedingt Lücken im Periodensystem. Sie sind eher Erweiterungen dessen, was wir Alltagsmaterie nennen. Sie können nicht in das Periodensystem, wie wir es kennen, eingeordnet werden.

Wie JIm2B sagte, gibt es wirklich keine konventionelle, nicht exotische Materie, die man in das Periodensystem schieben könnte, ohne die Physik zu brechen, und wenn man keine Insel der Stabilität schafft, zerfallen die Atome zu schnell, um als tatsächlicher Brennstoff so verwendet zu werden, wie man es zu wollen scheint .

Der Zweck dieser Seite ist nicht, sich von Leuten sagen zu lassen, warum Ihre Idee unmöglich ist, sondern Ihnen dabei zu helfen, herauszufinden, wie Sie sie in Ihrer Geschichte zum Laufen bringen können. Lassen Sie uns vor diesem Hintergrund in einige plausible (-klingende) Ideen für natürlich vorkommende Brennstoffquellen eintauchen, die bisher auf der Erde noch nicht entdeckt oder geschaffen wurden:

• Erstens könnten Sie Positronium wahrscheinlich für etwas Kluges gebrauchen. Positronium besteht aus einem Elektron, das sein Antiteilchen umkreist, und ist laut Wikipedia extrem verbreitet, wurde aber auf der Erde nicht massenhaft synthetisiert. Es ist auch sehr instabil, kann aber wahrscheinlich mit elektrischen Feldern und (was sonst?) Magneten gespeichert werden.
• Zweitens ist tachyonische Materie (zusammen mit anderen exotischen Partikeln) eine mögliche Komponente für den Alcubierre-Antrieb . Dies funktioniert sehr gut in Bezug auf „Entdeckung“, da Tachyonen nicht nachgewiesen wurden und nicht von Menschen synthetisiert wurden. Auf der anderen Seite ist dies weniger Treibstoff, da es sich um strukturelle Komponenten handelt, aber Sie könnten dies mit der Hand winken, indem Sie sagen, dass Tachyonen von Natur aus schwer einzudämmen sind oder aufgebraucht werden müssen, um dem Warpfeld eine negative Energiedichte zu verleihen. Schließlich können Sie keine physischen Tachyonenvorräte haben, die darauf warten, ausgebeutet zu werden; Vielleicht werden sie von bestimmten Arten von Quasaren oder Schwarzen Löchern produziert?

Oder Sie könnten einfach Antihelium und Helium als Reaktanten für einen Antimaterieantrieb verwenden, aber das würde keine Entdeckung erfordern und, was noch wichtiger ist, keinen großen Spaß machen.