Randfälle adressieren

Im Allgemeinen ist L.Dutchs Einschätzung der Energieausbeute bei synthetisierter Antimaterie richtig. Aber es gibt einige Überlegungen.

Es gibt andere Möglichkeiten, Antimaterie herzustellen als die Paarproduktion

L.Dutch bezieht sich auf die Paarproduktionsmethode zur Erzeugung von Antimaterie . Paarbildung ist die Erzeugung eines Teilchens und eines Antiteilchens aus einem Boson . Ein Photon (das ein Boson ist) mit mehr als 1,022 MeV Energie kann ein Elektron und ein Positron bilden . Es gibt jedoch eine andere Methode, nämlich die Positronenemission , die aus dem radioaktiven Zerfall bestimmter Isotope stammt.

Paarproduktion produziert immer Materie und Antimaterie

OP schlägt in Kommentaren vor, dass Sie nur die Antimaterie und nicht die Materie erstellen müssen, sodass Sie möglicherweise mehr zurückbekommen können, als die Herstellung der Antimaterie gekostet hat. Wie Sie gesehen haben, wird bei der Paarbildung immer sowohl ein Teilchen als auch ein Antiteilchen erzeugt, also hilft Ihnen das nicht weiter. Sie müssen sowohl die Materie als auch die Antimaterie produzieren.

Es kann sich lohnen, mehr Energie für die Produktion von Antimaterie aufzuwenden, als Sie herausbekommen

Aber das ist nicht unbedingt eine schlechte Sache. Selbst wenn es Sie mehr Energie kostet (Produktionsineffizienzen mitgezählt), um ein Gramm Antimaterie herzustellen, als Sie erhalten würden, wenn Sie es für Energie vernichten, kann dies immer noch eine gute Idee sein. Das ist im Grunde das Prinzip des Elektroautos: Es braucht mehr Energie im Kraftwerk, um Strom für Ihr Auto zu erzeugen, als Ihr Auto bekommt, indem es seine Batterie voller Energie verbraucht. Aber das ist immer noch eine gute Idee, denn das Auto ist ein mobiles Transportsystem, und Sie können einfach kein hocheffizientes Kraftwerk oder eine grüne Windturbine an Ihrem Auto haben, um Strom zu liefern. Sie benötigen die Batterie mit niedrigerem Wirkungsgrad. Wenn Sie eine Antimaterie-Rakete verwenden, um zu den Sternen zu reisen, haben Sie keine Alternativen. Du brauchst die Antimaterie, um deine Rakete anzutreiben,

Durch Positronenemission können Sie Antimaterie „abbauen“.

Aber kommen wir zurück zur Positronenemission. Auf diese Weise können Sie überhaupt vermeiden, Antimaterie zu "erzeugen". Wenn Sie einen Weg finden, viel von einem bestimmten Isotop zu bekommen, und dann alle Positronen einfangen, die es beim Zerfall emittiert, dann bekommen Sie Antimaterie im Grunde umsonst.

Heute geschieht dies mit einem Zyklotron , mit einem Verfahren wie der Positronen-Emissions-Tomographie (PET). Das Zyklotron wird verwendet, um die gewünschten Isotope zu erzeugen, die beim Zerfall eine Positronenemission erfahren. Es gibt jedoch zwei Nachteile bei der Verwendung als Energiequelle. Erstens erzeugen Sie die fraglichen Isotope direkt mit einem Teilchenbeschleuniger, sodass Sie auf die gleiche Energieein- / Energieausleitungsbeschränkung stoßen. Zweitens gibt es kein Verfahren zum Einfangen der erzeugten Positronen.

Um freie Energie aus Positronen emittierenden Isotopen zu „abbauen“, müssen wir in der Natur eine Quelle dafür finden, die wir nutzen können.

Aus welchen Isotopen können wir „freie“ Antimaterie gewinnen?

Die meisten der für PET verwendeten Isotope haben konstruktionsbedingt kurze Halbwertszeiten. Schließlich sollen Spuren solcher Isotope genügend Strahlung abgeben, um von medizinischen Instrumenten erkannt zu werden. Aber es gibt einige Optionen mit sowohl kurzen als auch langen Halbwertszeiten, die in der Natur zu finden sind.

• Kalium-40 ist mit einer Halbwertszeit von 1,25 Milliarden Jahren eines der wichtigsten Isotope auf dieser Liste. Dies ist einer der Hauptgründe, warum der Erdkern so heiß ist, da der radioaktive Zerfall von Kalium im Laufe der Zeit bis heute Wärme hinzugefügt hat. Es hat eine natürliche Menge von 0,012 %, also finden Sie überall, wo Sie Kalium finden, K-40. Bemerkenswert ist, dass es in jungen Systemen häufiger vorkommt, da es in Supernovae produziert wird. Wenn Sie in die Staubwolke eines explodierten Sterns schauen würden, wäre K-40 mindestens 30-mal so häufig wie auf der Erde.

• Stickstoff-13 hat eine kurze Halbwertszeit, wird aber manchmal durch Blitze produziert. Sie könnten möglicherweise nicht nur in der Erdatmosphäre, sondern auch auf anderen Planeten mit Blitz- und Stickstoffverbindungen gefunden werden. Die Venus hat Blitze, aber wenig bis gar keinen Stickstoff in ihrer Atmosphäre. Jupiter und Saturn haben beide Ammoniak in hohen Wolken und Ammoniumhydrogensulfid in ihren unteren Wolken. Ich kenne keine Möglichkeit, N-13 innerhalb weniger Minuten nach einem Blitzeinschlag auf dem Saturn einzufangen, aber es ist zumindest theoretisch möglich.

Die Zauberformel ist hier das Altbekannte

Um eine bestimmte Masse Antimaterie zu erzeugen (unter der Annahme, dass die Ausbeute der Energie-Materie-Umwandlung 100% beträgt), benötigen Sie genau die gleiche Menge an Energie, die Sie bei der Vernichtung zurückerhalten würden.

Solange wir also keine Antimaterie-Mine oder eine "kostenlos" verfügbare Energiequelle finden, macht es keinen Sinn, Antimaterie zu synthetisieren und sie dann zu verbrennen (auch weil wir anfangen würden, Erträge ins Bild zu setzen, die wir also nicht erreichen könnten kostendeckend, wenn wir für die anfänglich verbrauchte Energie bezahlen müssten. Wenn Sie stattdessen eine Energiekosten von 0 verwenden, machen Sie jeden kleinen Energieertrag zu einem Nettogewinn).

Ihre Frage ist die gleiche wie "Warum synthetisieren wir kein Benzin, um unsere Autos zu betreiben?" Wir verwenden Benzin, weil Öl bereits im Boden gelagert ist.

Der erste Kommentar ist richtig. In jedem Fall verlieren Sie beim Umgang mit Endlichkeiten Energie, indem Sie Kraftstoff synthetisieren.

Wenn Sie sich einen Ballon als Speichermechanismus vorstellen, dann stammt die verlorene Energie von:

• die Geräusche, die der Ballon macht, wenn er sich ausdehnt
• die auf den Ballon selbst ausgeübten Belastungen, die schließlich dazu führen, dass er sich abnutzt und platzt, wenn er wiederholt entleert und auf den gleichen Druck aufgeblasen wird
• die Wärme (obwohl in diesem Fall winzig, aber immer noch sehr real), die durch die Wirkung der Luftmoleküle gegeneinander und gegen den Ballon erzeugt wird
• mögliche andere Möglichkeiten, an die ich nicht gedacht habe oder von denen wir nicht einmal wissen

Um es klar auszudrücken, jede Art von Brennstoff ist eingeschlossene Energie , und der Einfangprozess gibt immer Energie in einer anderen Form ab. Die Effizienz dieses Prozesses ist sowohl von den natürlichen Gegebenheiten als auch von unserem eigenen technischen Wissen abhängig, liegt aber im Idealfall bei etwa 95 %.

Im Vergleich dazu haben unsere aktuellen Energiespeichermechanismen einen Round-Trip-Wirkungsgrad, der von 45 % (Wasserstoff) bis zu 95 % (Lithium-Ionen-Batterie, die nicht voll gefüllt ist) reicht, in der Praxis eher 87 % ( Tesla-Powerwall). Für die Herunterkonvertierung von Heizöl zu Benzin gibt es einen Wirkungsgrad von etwa 85 %, aber die Energie muss nicht erzeugt werden, da wir gefundene Energie verwenden.

Der eigentliche Antrieb dieser Technologien ist Bequemlichkeit und Anwendbarkeit für einen bestimmten Zweck . Sogar für Raketen verwenden wir die bequemsten und geeignetsten Treibstoffe für diesen speziellen Zweck . Wasserstoff wird mit einem Wirkungsgrad von 60–90 % erzeugt, und beim Verbrennen des Treibstoffs für den Start der Rakete ins All geht viel Energie verloren. Aber es erledigt die Arbeit. Bei Autos wechseln wir jetzt, da Strom in Energiedichten gespeichert werden kann, die mit Benzin vergleichbar sind (nicht ganz dort, aber nahe genug), auf Elektro, weil es einfacher ist. Die Anwendbarkeit des Brennstoffs für den spezifischen Zweck und die Schwierigkeit, mit dem Material umzugehen, spielen eine große Rolle.

Der springende Punkt ist, dass die Effizienz der Kreation realistischerweise nicht von der Schwierigkeit des Umgangs mit dem Material selbst getrennt werden kann. Und der Umgang mit Antimaterie ist SCHWER . Wenn es aufgeladen ist oder Eisenantimaterie ist, können Sie es mit Magneten eindämmen. Wenn nicht, können Sie... ..was... ..herumschieben? Nö. Wenn es Eisen ist, ist es wahrscheinlich fest. Wie genau wollen Sie das wieder verwenden? ..oder warten... ..um es zu generieren? Wie bekommt man einen Eisen-Antimaterie-Block, selbst wenn man Eisen-Antimaterie-Moleküle erzeugen kann? ..schmelzen Sie es mit Lasern, während Sie es in einem Magnetfeld halten, denke ich, aber... ..eesh.

All dies läuft auf die einfache extreme Wahrscheinlichkeit hinaus, dass wir, lange bevor wir in der Lage sind, mit Antimaterie umzugehen, äußerst effiziente Optionen für Kernfusion oder -spaltung entwickelt haben. Denken Sie daran, die Realität, mit der Sie es in Bezug auf die Energiedichte zu tun haben, ist:

1 part antimatter + 1 part matter = 2 parts energy 1 part matter + 1 part matter via fusion or fission = 2 parts energy

Bearbeiten : Das heißt, bei jeder Rede von „freier“ Energie sollte berücksichtigt werden, dass alle Kernenergien, einschließlich Antimaterie, einen großen Overhead haben, aber freie Energie ernten. Die Fortschritte in der Nukleartechnik an diesem Punkt werden in der Sauberkeit und der Kontrollierbarkeit liegen, wie etwa bei Salzschmelzreaktoren und der Laserspaltung. Diese Prozesse werden aus heutiger Sicht bequem sein und im Laufe der Zeit verbessert werden. /bearbeiten

..und die zweite ist einfacher zu handhaben und daher einfacher, effiziente Prozesse zu generieren. Auch hier können wir uns darauf verlassen, dass wir für eine leicht zugängliche, handhabbare Technologie mit guten natürlichen Bedingungen einen Wirkungsgrad von rund 95 % hin und zurück erreichen. ..und das wird lange dauern, nachdem das Ding allgegenwärtig verwendet wurde.