Ist Antimateriekraft theoretisch möglich?

Auf der „Antimaterie“-Seite der offensichtlich enzyklopädischen Website ( https://en.wikipedia.org/wiki/Antimatter ) gibt es ein Zitat und Zitat, das besagt, dass Positronen (in der Zukunft) mit einer Rate von 250 Millionen Dollar produziert werden könnten pro 10 Milligramm. Leider hat der Autor dieses Zitats es im Jahr 2006 gemacht. Es gibt jedoch auch eine wachsende Möglichkeit, Antimaterie in den Strahlungsgürteln, im Sonnenwind oder sogar in Blitzen zu ernten.

Dies führt mich zu der Überlegung: Wenn die Produktion (oder Ernte) von Antimaterie praktikabel wird, ist es dann theoretisch möglich, eine Antimaterie-Stromversorgung zu haben?

Meine Vorstellung von Antimateriekraft geht so. Positronen befinden sich in einer Vakuumkammer, wahrscheinlich mit einem Magnetfeld. Elektronen werden irgendwie in die Kammer geschossen und kollidieren mit dem Blob aus Positronen. Dabei entstehen 2 Gammastrahlen. Die Vakuumkammer ist von Sonnenkollektoren umgeben, die so eingestellt sind, dass sie Gammastrahlenfrequenzen anstelle von sichtbarem Licht empfangen, und wandelt somit die Gammastrahlen in Gleichstrom um.

Lassen Sie mich der Konkretheit halber 4 Fragen stellen, die sich um die technischen Probleme drehen:

(1) Ist es möglich, effiziente Sonnenkollektoren zu bauen, die auf Gammastrahlenfrequenzen abgestimmt sind? Sie würden auch ein anständiges Leben brauchen.

(2) Wie genau würden Elektronen in den Bereich beschleunigt, der die Positronen enthält? Meine Intuition sagt, dass, wenn ein Magnetfeld sie enthält, ein Elektron es schwer haben würde, dieses Feld zu durchdringen.

(3) Können wir daraus genug Energie gewinnen, um das magnetische Containment-Feld sowie den Elektronenbeschleuniger selbst zu erhalten, während wir immer noch eine anständige Menge an Energie übrig haben?

(4) Sind Elektronen und Positronen die beste Wahl für Materie-Antimaterie? Nach dem, was ich gelesen habe, scheint es die einfachste Wahl der Vernichtung zu sein - sie erzeugen nur 2 Gammastrahlen bei niedrigen Geschwindigkeiten -, aber vielleicht sind andere Arten von Antimaterie einfacher einzudämmen?

Falls Sie sich fragen, ich versuche nicht, eine Form von kostenloser/billiger Macht zu machen. Ich denke nur, es wäre großartig, wenn wir Kernreaktoren, sowohl die Kraftwerke als auch die Schiffsantriebe, durch etwas ersetzen könnten, das wenige bewegliche Teile mit noch besserer Energiedichte hat. Das wäre mir einen etwas höheren Preis wert als die Kernenergie heute. Schön wäre es auch, wenn Raumstationen und Raumschiffe in ihrer Stromerzeugung nicht so eingeschränkt wären.

"Sonnenkollektoren" und direkte Ernte sind hart. Größer (aber einfacher) ist es, die Energie thermisch einzufangen und dann eine Wärmekraftmaschine anzutreiben. Die Nasa hat hier ein Design für eine Positronen-Antimaterie-Engine: nasa.gov/exploration/home/antimatter_spaceship.html
Die hohen Produktionskosten von Antimaterie sind so ziemlich in die Realität eingebacken. Das gelegentlich durch kosmische Strahlung erzeugte Antimaterieteilchen ist zu selten, um nützlich zu sein, also nein, es wird keine Antimaterieantriebe, Bomben usw. geben. Nicht, dass sie einen tatsächlichen Vorteil gegenüber Fusion oder Spaltung hätten. Wenn überhaupt, ist die Vernichtung für viele Anwendungen ziemlich nutzlos, da die von ihr überwiegend erzeugte Strahlung hochenergetische Gammas sind ... mit denen man nur schwer umgehen kann.
Es gibt keine frei schwebenden Positronen. Sie sind irgendwann in ihrer Lebenslinie als Elektron-Positron-Paare entstanden. Die Energieeinsparung besagt also, dass Sie niemals "Energiereste übrig haben" können. Das Beste, was Sie haben könnten, wäre eine technologisch schwer zu erstellende "Batterie", dh ein Energiespeicher.
@BowlOfRed Anständiges NASA-Konzept, aber anstatt Kraftstoff für hohen Isp zu erhitzen, sollte es auch möglich sein, Wasser zu Dampf zu erhitzen und einen elektrischen Generator anzutreiben. Da Antimaterie eine so hohe Energiedichte hat, wäre dies effizienter als Kernreaktoren?
@CuriousOne Über hohe Energie könnten Sie Sonnenkollektoren im richtigen Abstand platzieren. GR-Energie sollte wie jede andere EM-Strahlung als umgekehrtes Quadrat abfallen. Entfernen Sie also die Platten, damit sie GRs erhalten, wenn sie niedrig genug sind, um Energie zu absorbieren, ohne etwas zu schmelzen. Eine Sorge ist, dass Positronen und Elektronen die gleiche Ladung haben, was bedeutet, dass sie sich gegenseitig abstoßen. Sie müssten sie mit sehr hoher Geschwindigkeit werfen, um sicherzustellen, dass sie kollidieren. Die höhere kinetische Energie bedeutet eine höhere Gammastrahlenenergie, sollte jedoch mit richtig beabstandeten Solarmodulen über das Gesetz des umgekehrten Quadrats überwunden werden können.
@ user1705043: Ich schlage vor, dass Sie sich über die tatsächliche Physik informieren, bevor Sie sich wilde Konstrukte ausdenken. An diesem Punkt scheinen Sie noch nicht einmal zu wissen, dass Elektronen und Positronen eine entgegengesetzte Ladung haben, anziehend sind und sich durch Bildung eines Positronium-Zwischenzustands vernichten.
Danke, dass Sie auf meinen Fehler hingewiesen haben, aber es scheint mein wildes Konstrukt noch einfacher zu machen. Da sie sich gegenseitig anziehen, sind keine superhohen Geschwindigkeiten erforderlich, die mehr Eingangsenergie erfordern würden (und möglicherweise mehr als Gammastrahlen aus der Kollision erzeugen würden). Mein wichtigerer Punkt in meinem vorherigen Kommentar, den ich hätte deutlicher machen sollen, war, dass nicht so sehr die hohe Energie eines Gammastrahls das Problem ist, sondern eher die Frequenz des Gammastrahls. Wenn ein Solarpanel so eingestellt werden kann, dass es Gammastrahlenfrequenzen empfängt, kann jedes Problem mit zu hoher Energie überwunden werden, indem das Panel richtig entfernt wird.
GR-Energie sollte wie jede andere EM-Strahlung als umgekehrtes Quadrat abfallen. Die Energie von Photonen "fällt nicht mit der Entfernung ab". Die Intensität eines divergenten Strahls von Photonen, die von einer punktförmigen Quelle emittiert werden, nimmt ab 1 / R 2 , aber die Intensität eines Strahls ist nicht dasselbe wie die Energie der einzelnen Photonen.
@jameslarge Okay, fällt dann die individuelle Photonenenergie als 1 / r? Was wir wohl als invers linear bezeichnen würden ? Hinweis: Ich spreche nicht von kinetischer Energie, die gleich bleiben würde, wenn ein Photon durch den leeren Raum rast. Ich spreche von der Amplitude der Lichtwelle. Seine Frequenz würde gleich bleiben, aber seine Amplitude muss mit der Zeit auf irgendeine Weise abnehmen, dachte ich zumindest.
Nein, die Energie von Photonen "fällt nicht mit der Entfernung ab". Die Energie bleibt gleich, bis das Photon durch Wechselwirkung mit Materie zerstört wird.

Antworten (3)

Sie können keine Solarmodule bauen, die auf Gammastrahlenfrequenzen abgestimmt sind. Gammastrahlen sind zu energiereich – die Erzeugung eines Loch/Leiter-Paares ergibt nur wenige eV, während die Gammastrahlung Hunderte von keV beträgt. Es wäre besser, es als Wärme aufzunehmen und die Wärme in Strom umzuwandeln (obwohl es dort Verluste gibt).

Leider ist die Zahl der Positronen in den angegebenen Quellen sehr gering. Die Strahlungsgürtel sind Elektronen und der Sonnenwind besteht aus Elektronen und Protonen. Sogar der Blitz spricht von Mengen, die Strahlungsdosen ergeben, nicht von Gesamtenergie. Wenn Sie Positronen wollen, müssen Sie sie aus Strom herstellen, nicht umgekehrt.

+1, Es sollte auch beachtet werden, dass, wenn jemand Antimaterie als Stromversorgung diskutiert (z. B. als die im OP zitierte Quelle ), dies nur im Sinne eines sehr leichten und kompakten Brennstoffs ist, dessen Herstellung tatsächlich viel Energie erfordert . Es könnte ein sehr praktisches Mittel sein, Energie zu speichern, aber kein denkbares Mittel, um Energie zu nutzen (wie Sie bereits sagen).
  1. Positronen haben eine positive Ladung und Elektronen haben eine negative Ladung. Sie würden sich gegenseitig anziehen. Sie zusammenzubringen ist kein Problem. Sie müssten sie nicht in eine Positronenwolke feuern, da sie nur angezogen würden.
  2. Sie kreisen in einem Magnetfeld in entgegengesetzte Richtungen. Sie einzudämmen ist also auch kein Problem.
  3. Das einzige, was einen funktionierenden Antimaterie-Energiegenerator stoppt, ist unsere Fähigkeit, Positronen effizient zu produzieren. Alle anderen Probleme lassen sich leicht beheben.
  4. Eine Möglichkeit, Positronen effizient zu produzieren, ist die Verwendung eines Positronen-Brüter-Prozesses. Dieser Prozess nimmt einige der erzeugten Gammastrahlen und wandelt sie wieder in Positronen um und speist sie zurück in die Reaktorkammer. Wie man dies effizient bewerkstelligt, wäre Gegenstand einiger neuerer Forschungen.
Es sieht so aus, als ob Nr. 2 und Nr. 3 DrZs Nr. 2 und Nr. 3 beantworten (oder zumindest mit diesen beiden verwandt sind), aber Nr. 1 und Nr. 4 scheinen die aufgeführten Fragen Nr. 1 und Nr. 4 nicht zu beantworten.
Durch Interesse an dieser Antwort. Ich habe das neueste Update zum Positronengenerator im April 2016 unter msnbc.msn.com/id/27998860 gefunden

Antimaterie könnte möglicherweise einen praktischen Nutzen als Brennstoff (oder Katalysator) mit hoher Energiedichte für Raumschiffe haben. Der Grund ist der Kraftstoff mit der höchstmöglichen Energiedichte. Aber die größte Einschränkung, sogar über die begrenzte Produktion hinaus, ist die Unfähigkeit, signifikante Mengen der Substanz sicher zu lagern. Sie könnten magnetische Behälter herstellen, aber mit vorhandenen Supraleitern würde die Masse des Behälters die Masse des Treibstoffs um mehrere Größenordnungen übersteigen, was seine voraussichtliche Leistung viel schlechter als die von Fusionsraketen machen würde. Wenn Sie das Risiko einer vollständigen Zerstörung bei minimalem Versagen des Containments erhöhen, wird dies zu einem undurchführbaren Ansatz

„Erhebliche Mengen“ sind je nach Anwendung unterschiedlich. In meinem Szenario zur Stromerzeugung an Bord von Raumschiffen würden einige Milligramm ... höchstens 1 ganzes Gramm ausreichen. Ich bin mir nicht sicher, wie viel Sie für den Antrieb eines Raumschiffs benötigen würden, aber wenn es in der Größenordnung von ein paar Dutzend Tonnen liegt, dann kann ich mir vorstellen, dass es schwierig wäre, es zu lagern.
Es ist immer noch sinnvoll, kleine Mengen zu speichern, um Kernfusionsreaktionen zu katalysieren
Wir wissen immer noch nicht, was Antimaterie tatsächlich ist, und haben nur genug hergestellt, um theoretisch eine Teetasse Wasser zum Kochen zu bringen.
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