miércoles, 13 de agosto de 2008

Produccion de antimateria para propulsion

La antimateria ha sido considerada la forma definitiva de energía a la hora de considerar un sistema de propulsión.
Es el sistema con rendimiento energético mas alto con diferencia, 10^10 mas que la combustión de hidrógeno y 100 veces mas que la fusión o la fisión.
La aniquilación de un gramo de antimateria proporciona tanta energía como 23 tanques de combustible del Shuttle.
La antimateria se produce en los aceleradores como los de FNAL y el CERN, desgraciadamente solo se producen unos pocos nanogramos al año de antiprotones en estos aceleradores.
Considerando los valores de coste de energía producir un solo gramo costaría 62.5 billones de dólares.
Esto ha llevado a muchos a cuestionar el uso de antimateria como sistema viable de propulsión interplanetaria o interestelar.
Pero su afirmación se basa en dos grandes asunciones erróneas, que el costo de producir antimateria seguirá siendo igual de caro siempre(recordemos que la producción de uranio-235 era extremadamente cara al principio) y que se utilizara únicamente la antimateria como método de propulsión, que aunque es el sistema con mayor isp
, ignoran que existen métodos que aunque tengan menor isp, requieren cantidades de tan solo unos pocos microgramos.
Aumentar la producción a esa capacidades seria posible con algunas mejoras que aumentasen esa capacidad de crear y almacenar antimateria, esas mejoran requerirían una inversión de entre 3 10 mil millones de dolares.
Con esas mejoras el costo de producir de 1 a 100 microgramos de antimateria seria de 0.6 a 60 mil millones respectivamente.

Analicemos los 6 diferentes sistemas de propulsión que utilizan la antimateria.

Núcleo sólido: los antiprotones calientan un sólido compuesto de un metal refractario de alto numero atómico. El propelente se bombea al núcleo caliente y se expande por la tobera generando empuje.

Núcleo gaseoso: se sustituye el núcleo sólido por un gas, permitiendo mayores temperaturas y rendimientos.

Núcleo de plasma: el gas se permite que alcance temperaturas altísimas y que se ionice.

Núcleo radiado: se eliminan los problemas de calentar un fluido secundario, expulsando los productos de la aniquilación directamente desde el vehículo a velocidades cercanas a la de la luz(se refiere a los productos).
El sistema mas eficaz con diferencia.

Métodos catalizados por antimateria:

ACMF(micro fisión/fusion catalizada por antimateria): una pastilla de deuterio-titrio y uranio 238 se comprime con hazes de partículas y se irradia con hazes de baja intensidad de antiprotones, estos se absorben por los antiprotones e inician una reacción de fisión hiperneutronica que enciende el núcleo de D-T que se expande produciendo un empuje pulsado.

AIM(microfusion iniciada por antimateria): un plasma de antiprotones se comprime mediante campos magnéticos mientras que se inyectan gotas de D-T en el plasma. Los productos se redirigen por una tobera magnética para producir empuje.


En la grafica se descartan los de núcleo sólido y gaseoso, la cantidad de combustible en forma de antimateria es cercano al de plasma, pero su isp es cercano a los sistemas catalizados, vamos que tiene lo peor de los dos.

A bajas velocidades de misión el los sistemas ACMF y AIM son los mejores a la hora de reducir los gastos de antimateria.
Solo el sistema de núcleo radiado(beamed core) da velocidades cercanas a la de la luz(0.4c) pero requiere toneladas de antimateria, en cambio una nave de 10-100 toneladas llegaría en un año a Júpiter con el ACMF necesitando tan solo 1-10 microgramos, el AIM llegaría a la nube de Ort en tan solo 50 años con una carga de 100 kilos.

En los cálculos de combustible se tienen en cuenta la fracción de masa relativista y el factor de contracción de Lorentz-Fitzgerald.

En definitiva con un rendimiento de producción tres o cuatro ordenes de magnitud superiores a los actuales se podría crear las cimientos necesarios para poder realizar un sistema de transporte rápido por todo nuestro sistema solar.

Además pequeñas cantidades de antimateria se requieren para tomografías de diagnostico, nuevas terapias contra el cáncer y muchos avances que se están dando en medicina.

Quien dijo que investigar con aceleradores de partículas es un gasto inútil?


Mas información en el paper “Antimatter Production for Near-term Propulsión Applications” http://www.engr.psu.edu/antimatter/Papers/NASA_anti.pdf

Volvere a hablar de la antimateria en proximas entradas, en concreto de formas de producir o recolectar antimateria en fuentes naturales.

En la proxima entrada hablare de domos hinchables en la Luna, asteroides y planetas.

Saludos

15 comentarios:

Wis_Alien dijo...

Antes de nada recomendarte que añadas algún enlace en la entrada para tener una mayor facilidad en la comprensión de la entrada. Aunque el enlace al artículo del arXiv es quizá lo que más se echa en falta.

En cuanto a la entrada, es muy interesante. Más o menos viene a decir que la propulsión con antimateria no está tan lejos de lo que parece ya que con aumentar su producción y la eficacia de los motores propulsores es suficiente.

De todas maneras el mayot problema que le veo es el almacenamiento. No puedes tener antimateria guardada en una "caja de antimateria" ya que con el más mínimo contacto con "materia ordinaria" se hiría todo a tomar por ... xDD La solución actual de guardar esta animateria en una trampa de Penning no se si será barato si hablamos de varios kilos de antimateria.

Por cierto, si no te es mucha molestia no estaría mal que añadieras el script para mostrar en la barra lateral los comentarios recientes. Explico como hacerlo aquí. Es como el que está en el Museo de la Ciencia y el que tenía en mi blog de blogger ;)

Gouki dijo...

perdon no era del arxiv, pero el enlace ya esta puesto.

el problema del almacenamiento si es uno de los incovenientes, pero no son necesarios kilos, para los sistemas catalizados solo son necesarios unos pocos miligramos.

lo del script lo hare cuando pueda, de hecho es algo que queria poner:)gracias por el enlace.
saludos

Gouki dijo...

queria decir MICROGRAMOS.

Nian506 dijo...

Muy buena entrada gouki ;)

Me encanta todo lo relacionado con la antimateria y todavía me acuerdo del libro ángeles y demonios xD

Con respecto a lo que dijo wis sobre el problema del almacenamiento me gustaría apuntar que la materia y la antimateria no siempre se aniquilan cuando se encuentran xD

Según la noticia que se puede ver en ciencia kanija unos científicos italianos dirigieron un chorro de antimateria de baja energía contra un muro de materia normal y una buena fracción salió rebotada xD

No se si ya habéis oído hablar de la noticia pero aquí os la dejo

http://www.cienciakanija.com/2008/08/12/la-antimateria-rebota-en-la-materia/

Salu2!!

Nian506 dijo...

Por cierto, tienes puesta la hora mal xD

Gouki dijo...

ya pondre bien la hora.
en ciancia kanija hay otro interesante articulo, sobre almacenaje.

http://www.cienciakanija.com/2007/08/14/proyecto-para-almacenar-antimateria-en-una-%e2%80%9cpapelera%e2%80%9d/

nunca me habia parado a pensar en crear atomos de antiprotones con neutrones en vez de antineutrones.

tendras mas entradas de antimateria.

wis donde tenia que meter el script?

Wis_Alien dijo...

Para poner el script vas a la página de diseño y le das a añadir nuevo gadget. Seleccionas HTML/Javascript y pegas ahí el código ;)

Nian506 dijo...
Este comentario ha sido eliminado por el autor.
Gouki dijo...

gracias wis.

no entiendo porque pero me sale que el ultimo comentario ha sido suprimido por el autor de esta entrada(yo?), pero yo no he ehcho nada.
nian sino te importa repite el comentario

Nian506 dijo...

la borré yo gouki xDD

es que no estaba seguro de una cosa y decidí borrarlo.

A ver, en un universo de antimateria, la flecha de tiempo termodinámica sería completamente la contraria a la flecha del universo de materia normal? o no tiene nada que ver?

Eso implicaría que hacer una nevera de antimateria sería un chollo no?

Gouki dijo...

nian la verdad es que no tengo ni idea de lo de la fecha del tiempo.

Nian506 dijo...

qué fecha??? yo hablo de la flecha del tiempo!!

Gouki dijo...

jajajaja.
si queria escribir eso, pero mis dedos escribieron otra cosa

DarkSapiens dijo...

Hola, Gouki, escribo aquí porque ésta es la única entrada sobre propulsión del blog. Hazte Twitter o ponte un ChatBox XD

Supongo que ya conocerás esta noticia, pero de todas formas… http://www.universetoday.com/2009/10/06/trips-to-mars-in-39-days/

¿Y cómo es que no has escrito aún nada sobre VASIMR? Ya están testando los motores y al final va a dejar de ser una entrada sobre tecnología del futuro :P

Jeje, saludos!

Gouki dijo...

Cada vez me lo pienso mas seriamente, jeje.

Ya la conocia, en alguno de los blogs que leo ya lei algo del 2007 y hace unos dias la actualizacion. Veamos como van las cosas en el 2011.

Pues si, habia pensado dedicarle una entrada, pero tenia otras prioridades, todo llegara
Y de propulsion ya que mencionas que hay pocas, hare 5 o 6 de velas.

saludos

La vida ha colonizado cada rincón de la Tierra, ya es hora de ayudarla a colonizar todo el sistema solar.