Wie nah sind Zeeman-Verlangsamer daran, für die allgemeine Kühlung im Weltraum nützlich zu sein?

Verwandt mit Gibt es vielversprechende Kühltechnologien für Raumstationen der nächsten Generation? , ich wundere mich speziell über eine Technologie, die dort nicht erwähnt wurde: Zeeman-Verlangsamer. Da diese a) verwendet werden, um Atomstrahlen von mindestens 290 K auf 5-10 K (wenn nicht niedriger) zu kühlen und b) ohne Konvektion oder Leitung arbeiten, indem sie eine erhöhte Wärmestrahlung von gekühlten Atomen auslösen, scheinen sie es nicht nur zu sein geeignet für die Allzweckkühlung im Weltraum, aber wenn überhaupt, dort im Vergleich zu Expansions-Kompressions-Kühlsystemen viel effizienter als auf der Erde, da sie den gesamten Schritt "Wärme zu riesigen Radiatoren pumpen" überspringen. Und sie sind seit ungefähr drei Jahrzehnten in Laboraufbauten im Einsatz. Was vermisse ich?

In welchem ​​Sinne fragst du das? Wenn Sie nach dem Wärmemanagement bestimmter Teile des Systems fragen, dann könnten Zeeman-Verlangsamer funktionieren. Wenn Sie nach der Verringerung der Entropie des Systems als Ganzes fragen, dann nein, die Gesetze der Thermodynamik verbieten dies. Zeeman langsamer wird zwangsläufig mehr Wärme erzeugen als sie abführen, und Sie haben am Ende noch mehr Wärme, die abgestrahlt oder advektiert (abtransportiert) werden muss.
@TildalWave: Abwärme wird von jedem Wärmeabfuhrsystem erzeugt, das komplizierter ist als das rein passive. Dies ist kein inhärentes thermodynamisches Hindernis für eine effizientere Wärmeabgabe als gepumpte Heizkörper, weder in Bezug auf die erzeugte Abwärme noch in Bezug auf die verwendete Masse. Also ja, eine langsamere Zeeman-Konfiguration mit Selbstkühlung wäre gezwungen, mehr Wärme abzustrahlen als die tatsächliche Systemlast, aber das ist kein wirkliches theoretisches Hindernis, genauso wenig wie es ein Problem ist, dass die Pumpen, die Ammoniak in der ISS zirkulieren, Wärme erzeugen.
Zeeman Slower werden derzeit verwendet, um eine winzige Anzahl von Atomen (weniger als ein Nanogramm, IIRC) auf sehr niedrige Temperaturen herunterzukühlen. Ich wäre überrascht, wenn es groß genug skaliert werden könnte, um den Kühlbedarf einer Raumstation zu decken.
@Hobbes: Das ist ein fairer Punkt, also habe ich beschlossen, dies ein wenig aufzuteilen, um mich auf die beiden verschiedenen Aspekte zu konzentrieren, damit diese bei meiner ursprünglichen (vielleicht zweifelhafteren) Frage bleiben kann und die andere sich auf kryogene Setups konzentrieren kann .

Antworten (2)

Um die Antwort aus dem anderen Thread auch hierher zu übertragen:

Nein, Zeeman Slower können nicht als Raumstationskühler verwendet werden

Der Grund dafür ist, dass der Wärmestrom, den sie liefern, im Nanowatt-Bereich liegt.

Also nein, sie sind nicht "nah" daran, als allgemeine Kühlsysteme im Weltraum verwendet zu werden, aus dem gleichen Grund, aus dem das Platzieren eines selbstgebauten Wasserrads unter Ihrem Küchenhahn nicht "nah" daran ist, Ihnen kostenlose Energie für Ihr Zuhause zu liefern. Sicher, Sie könnten eine LED schwach leuchten lassen, aber das war es auch schon.

BEARBEITEN: Es wurde die Frage gestellt "Warum kann dies nicht vergrößert werden"?

Weil die Geschwindigkeit (Geschwindigkeit und Richtung) beim Eintritt der Atome in die Röhre sehr eng toleriert wird. Wenn Sie einen Strahl mit geringer Dichte haben, ist dies ziemlich einfach aufrechtzuerhalten, da die Atome nicht interagieren. Aber sobald Sie es auf einen Massenstrom hochskalieren, der signifikant genug ist, um die erforderliche Kühlmenge bereitzustellen, haben wir keinen Partikelstrahl mehr aus Atomen, sondern einen Gas- oder Flüssigkeitsstrom . Das heißt, die Atome stoßen aneinander und die Browninan-Bewegung macht jede Chance zunichte, die engen Toleranzen bezüglich der Eintrittsgeschwindigkeit einzuhalten.

Der Grund, warum ein Wasserrad unter einem Wasserhahn keine kostenlose Energie liefert, ist, dass Sie für die Energie im Wasser bezahlen. Es hat überhaupt nichts mit dem Ausmaß der Energie zu tun, die Sie daraus ziehen können.
Während ich das Warmwasser bezahle, bekomme ich das Kaltwasser umsonst. Und dieses Argument ist völlig nebensächlich. Sie können Ihr Haus immer noch nicht mit dieser Energie betreiben. 1 mW zu 0 EUR skaliert nicht auf 1 kW zu 0 EUR. Und so ist es bei Zeeman Slowern.
Es scheint die Frage zu sein, warum sie nicht skaliert werden können.

Um die Station abzukühlen, müssen wir Energie von der Station wegtransportieren. Zeitraum. Das kann durch Bestrahlung oder durch Verdampfen einer Substanz geschehen.

Beides tut der Zeeman Slower nicht und ist dann grundsätzlich nicht zur "allgemeinen Kühlung" zu gebrauchen. Tatsächlich erzeugt es mehr Wärme, da es Strom verbraucht.

Jedoch:

Das Ändern, welche Teile des Raumfahrzeugs heiß sind oder nicht, könnte immer noch Auswirkungen haben. Sind beispielsweise die Heizkörper heißer, strahlen sie mehr Energie ab. Der langsamere Zeeman macht die Umgebung nur ein wenig heißer, sodass herkömmliche Expansions-Kompressions-Systeme diesen Teil viel effizienter erledigen. Der Hauptvorteil des langsameren Zeeman besteht darin, eine winzige Menge Atome auf eine wirklich niedrige Temperatur (nur wenige Kelvin) abzukühlen, sodass er zum Kühlen von Komponenten verwendet werden kann, die wirklich kühl bleiben müssen. (wie Supraleiter oder Optiken von Weltraumteleskopen). Beachten Sie, dass die Abgabe kühler Atome aus dem Strahl sehr gering ist, sodass alle von ihm gekühlten Komponenten extrem gut thermisch isoliert werden müssen.

Das ist eine anständige Analyse, obwohl, soweit mir bekannt ist, der langsamere tatsächlich Wärme abstrahlt und nicht unbedingt an eine bestimmte Komponente des Systems . Es ist diese Beobachtung, die mich überhaupt dazu gebracht hat, darüber nachzudenken. Ich schaue mal, ob ich die Frage klären kann.
@NathanTuggy Natürlich kann der Langsamere tatsächlich aus der Seite des Raumfahrzeugs herausragen und somit als Kühler fungieren. Das ist aber nicht mehr als ein sehr teures Stück zusätzlicher Fläche.
Es sind die gekühlten Atome, die hauptsächlich strahlen; Das Ausrichten dieser Strahlung wäre dann bei gleicher Kühlmitteltemperatur effizienter als ein normaler Kühler. Wenn die langsamere Struktur der anfänglichen Strahlung im Wege steht, geht dieser Vorteil natürlich verloren.
Wie nah sind Zeeman-Verlangsamer daran, für die allgemeine Kühlung im Weltraum nützlich zu sein?
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