¿Podríamos usar los aceleradores de partículas como motores en el futuro?

Answer 1

Parece poco probable que podamos usar aceleradores de partículas en el futuro para otra cosa que no sean partículas aceleradas.

Los aceleradores de partículas son bastante ineficientes, ya que requieren mucha corriente, lo que puede provocar pérdidas debido a la resistencia eléctrica o crear superconductores que requieren sistemas de enfriamiento masivo.

Los aceleradores de partículas no aceleran tantas partículas a la vez. El LHC tiene alrededor de 100 mil millones de protones en un grupo y tiene 1000 grupos en el anillo a la vez. Entonces, 100 billones de partículas que se consumen en aproximadamente 12 horas, pueden sonar como muchas, pero recuerde que un centímetro cúbico de hielo tiene aproximadamente 10 ^ 23 partículas. Entonces esto es como 1 micra cúbica de materia acelerada y extendida a lo largo de 27 km. Eso no suena como un comienzo auspicioso para cualquier motor útil.

Hay menos acumuladores de energía que tienen más partículas, pero nada que cambie dramáticamente estas conclusiones.

Entonces, a menos que el motor esté destinado a ser una máquina Rube-Goldberg, esto no suena como una gran dirección de investigación tecnológica.

Answer 2

No solo podemos, nosotros también!

Primero, quiero felicitarlo por su excelente intuición. Como saben por la Tercera Ley de Newton, cada acción tiene una reacción igual y opuesta. A un motor que se basa en este principio, lo llamamos “motor de reacción”. Un motor de reacción funciona con algo de masa, y luego ’empuja’ esa masa para acelerar.

Los motores de reacción tradicionales en las naves espaciales utilizan enormes masas de productos químicos como el hidrógeno y el oxígeno, acelerados a velocidades moderadas, para generar empuje.

Sabemos que el impulso impartido a un objeto es el producto de la masa y la velocidad:

p = m * v

Entonces, de grandes masas tenemos mucho impulso … pero ¿qué pasa con las grandes velocidades? Las velocidades más altas alcanzadas por los humanos han sido en aceleradores de partículas, acercándose a asombrosas fracciones de la velocidad de la luz. ¡Claro que son masas pequeñas, pero tal vez podamos alcanzar una velocidad tan alta que podamos superar esto!

Resulta que, de hecho, podemos construir un dispositivo de este tipo: estos se llaman propulsores eléctricos.

En lugar de depender de una reacción química para acelerar una masa, los propulsores eléctricos usan electricidad para lanzar cargas de partículas desde la parte posterior de la nave a velocidades masivas, impartiendo impulso hacia adelante.

La ventaja de estos propulsores es que, en comparación con los cohetes químicos, tienen una eficiencia de combustible fenomenal. Debido a que podemos generar electricidad a densidades de masa fenomenales (ya sea debido a la densidad de energía en el caso de la energía nuclear, o porque la fuente de energía es remota en el caso de la energía solar), podemos hacer un uso mucho más eficiente del combustible.

En realidad, existen muchos tipos de propulsores eléctricos: los propulsores de iones, los propulsores de efecto Hall, los propulsores de plasma, todos funcionan según el principio de un acelerador de partículas; es decir, tomar una partícula cargada y golpearla con un campo eléctrico muy alto (efectivamente acelerándolo).

Puede que no sean reconocibles como un acelerador de partículas moderno, pero todos los elementos están ahí: segmentos acelerados, segmentos de dirección y enfoque, etc. Sin puntos de colisión, aunque supongo que me tienen allí.

Motor de reacción

Propulsión eléctrica de naves espaciales.