¿La fisión / fusión para planchar es la forma más eficiente de convertir la masa en energía?

Question

Es la fisión/fusión de cualquier elemento de hierro-56 (o de níquel-62?) la mejor manera de convertir la masa a la energía, que no se trata de los agujeros negros?

En otras palabras, vamos a ser siempre limitado a convertir sólo el 1% de la masa disponible de energía? Hay otras maneras (mediante los strangelets? la antimateria?) para ir más allá de ese límite?

Yo excluir a los agujeros negros como, según tengo entendido, sólo se puede extraer una cantidad finita de energía mediante la reducción de su giro, por lo que no son viables para la producción de energía en una escala cosmológica.

Answer 1

La aniquilación de materia y antimateria, como la aniquilación electrónica con un positrón para formar dos fotones de alta energía, puede convertir el 100% de la masa en radiación. Por lo tanto, la fisión y la fusión están lejos de las formas más eficientes de convertir la masa en otras formas de energía. Desafortunadamente, el universo parece no contener casi ninguna antimateria.

Answer 2

El más eficiente de los no-gravitacional forma de extraer energía de la materia ordinaria está hecho para convertirlo en elementos en la $^{56}$Fe región. Hay una bastante amplia meseta de los nucleidos con la unión de las energías de alrededor de $8.7$ MeV por nucleón, por lo que no importa mucho cual de estos en que realmente el origen de la materia en. (Sin embargo, $^{56}$Fe es la óptima, ya que tiene la menor masa de energía por nucleón, y el número de nucleones se conserva. $^{62}$Ni tiene una menor energía de enlace por nucleón, pero es menos estable, ya que algunos de sus neutrones pueden ser convertidos a los protones a la liberación de energía adicional; efectivamente, la energía de enlace no tiene en cuenta la cantidad de energía que es atado en el ligeramente mayor masa de neutrones. Por otro lado, gran parte de la energía que se liberaría en la conversión de Ni o Co núcleos a Fe que es en forma de neutrinos, que será muy difícil de captar.)

Sin embargo, la cantidad de energía que puede ser liberada a través de la fusión todavía palidece en comparación con lo que puede obtenerse mediante un profundo potencial gravitatoria. Este no necesita ser un agujero negro. Una estrella de neutrones va a hacer. La liberación de energía en un colapso de una supernova proviene de la enorme energía potencial gravitatoria que se desbloquea cuando un $\sim1.4\,M_{\odot}$ enana blanca (con un radio de miles de kilómetros) se colapsa en una estrella de neutrones (con un radio de apenas unos pocos kilómetros). Si usted ya tiene una estrella de neutrones, puede colocar la materia sobre ella y la captura de la radiación que emite, ya que acelera hacia la estrella de neutrones de la superficie. Bajo condiciones óptimas, este se puede liberar un sustancial [es decir ${\cal O}(1)$-de orden 1] fracción de caída de las partículas de la masa entera de la energía.

Por último, también es directo de materia/antimateria aniquilación, que le permitirá obtener toda la masa de energía de la fuente de material. Sin embargo, se requiere que usted tenga listo fuentes de materia y antimateria, que no es necesariamente posible en grandes escalas. (Usted no puede fabricar la antimateria sin poner en tanta energía como la que usted tiene la intención de obtener a partir de la aniquilación de la reacción.) Por lo que esta opción no funcionará con un genérico trozo de origen de la materia como su potencial de combustible.

Answer 3

Se excluyen los agujeros negros, pero radiación de Hawking está garantizado para finalmente irradiar el 100% de la masa de energía que le tiran en como la radiación del cuerpo negro. La temperatura de la radiación es inversamente proporcional al agujero negro de tamaño. Pero si usted puede conseguir sus manos en un agujero negro muy pequeño (que probablemente no se vea de color negro en todos), teóricamente podría lanzar cualquier cosa que usted no desea y de la cosecha de la radiación.

Un problema con este negro-agujero de la planta de energía es que a medida que el tamaño de los enanos, la potencia de salida enfoques infinito. Esto significa que usted DEBE darle de comer, o evacuarlo.

Answer 4

Se excluyen los agujeros negros, en particular la de Penrose proceso para la extracción de la energía de rotación de un giro de agujero negro. Perdóname por responder con los agujeros negros, de todos modos. Penrose se describen tres métodos en su clásico artículo de revisión "colapso Gravitacional" (1969). Estos son totalmente inviable por los estándares de la tecnología humana, pero la diversión y el informativo acerca de los conceptos de la física :)

1. Tomar pares de agujeros negros en el espacio, dejar que ellos espiral ellos uno alrededor del otro hasta que se funden, y la cosecha de la energía de la emisión de las ondas gravitacionales. La nueva agujeros negros en parejas y repita el proceso. Repita esto lo suficiente y se aproxima al 100% de eficiencia de la masa-energía de la conversión. Esta propuesta se acredita a Misner.

2. Baje lentamente un objeto en una cuerda hacia un agujero negro. El uso de la fuerza para girar una turbina o algo. Pensar en la energía como liberado de potencial gravitatoria (véase el Zumbido de la respuesta). Soltar el objeto en el horizonte. Este tiene hasta el 100% de eficiencia. Penrose reclamaciones de hacer esto con una rotación del agujero negro, uno puede liberar >100%, pero sin hacer los cálculos soy escéptico.

3. El "proceso de Penrose".

He investigado personalmente propuesta número 2. Nota Gibbons (1972) fue el primero en analizar la tensión en la cuerda, aunque no es un error como se ha señalado por Unruh & Wald (1982) y Redmount (1984). Suponemos que la cuerda es ridículamente fuerte. He generalizado de un cuasi-estático caso a un movimiento de la cuerda en cualquier estático esféricamente simétrica espacio-tiempo, ver MacLaurin 2019, "Cosmic cable", de próxima publicación esperemos que en el procedimiento de 2018 Marcel Grossmann de la conferencia.

Answer 5

La fricción en el disco de acreción que se forma un quasar, libera una enorme cantidad de energía, la conversión de cualquier cosa, hasta una tercera parte (~ 30%) de la masa.de la energía.

Mientras que esto es alimentado por la energía potencial gravitatoria (agujero negro masivo en el centro), la energía es no realmente liberado como cuestión cumple con la antimateria, o en el horizonte de sucesos a medida que la materia pasa a la BH, o por la radiación Hawkings, pero por ordinario - y enorme - fricción.

Así que, potencialmente, un disco de acreción alrededor de una estrella de neutrones, o de otros densa objeto, podría tener efectos similares. NS sería el más obvio no BH candidato....