Tourné vers l’acier dans le grand champ magnétique

Poivre de Keenan

Tourné vers l’acier dans le grand champ magnétique


C’est évidemment une question « amusante », mais je suis sûr qu’elle contient encore de la physique valide, alors soyez indulgent.

De quel champ magnétique auriez-vous besoin pour transmuter d’autres éléments en fer / nickel, si c’est en fait possible?

Le champ magnétique près d’une étoile à neutrons, à peu près de l’ordre de 10 ^ 10 tesla, est si fort qu’il déforme les orbitales atomiques en fines « formes de cigares ». (L’énergie du cyclotron devient supérieure à l’énergie de Coulomb.) Certes, si un cristal solide était placé dans un tel champ, il deviendrait très anisotrope, et à une certaine intensité de champ, la constante de réseau dans la direction transversale au champ pourrait devenir suffisamment petite pour le nucléaire. les taux de fusion entre les noyaux deviennent non négligeables.

À quelle hauteur devons-nous monter le champ avant que les noyaux ne s’équilibrent tous au minimum énergétique absolu de fer et de nickel en quelques heures ou jours, par exemple?

Mise à jour: De http://dx.doi.org/10.1086/152986, il apparaît que la matière dans les champs magnétiques puissants se forme en chaînes 1D fortement liées le long des lignes de champ, qui ne sont que faiblement liées les unes aux autres, et parallèles et transversales les constantes de réseau sont en fait comparables.

David Z ♦

+1 pour avoir suggéré le mécanisme par lequel cela pourrait se produire, avec suffisamment de détails pour que ce soit clairement hors de mon domaine d’expertise 😉 Sans cela, je suis sûr que j’aurais voté et / ou voté pour la fermeture.

Sklivvz

+1, j’espère que les réponses seront aussi bonnes que la question.

Cem

+1, je dirais dans l’ordre de Gigateslas, mais je n’ai pas une expertise suffisante en la matière pour effectuer une analyse mathématique.

Réponses


 Luboš Motl

un grand sujet. Premièrement, dix gigatesla n’est que le champ magnétique près d’un magnétar – un type spécial d’étoile à neutrons. Ils ont été discutés par exemple dans cet article de Scientific American en 2003:

http://solomon.as.utexas.edu/~duncan/sciam.pdf

Les étoiles à neutrons ordinaires ont des champs magnétiques 1000 fois plus faibles que cela.

Il est vrai que dans les étoiles magnétar, les atomes sont pressés en cigares plus fins que la longueur d’onde Compton de l’électron – qui est entre le rayon de l’électron (et aussi le rayon du noyau) et le rayon de l’atome.

Cependant, c’est un domaine tellement fort que bien d’autres choses se produisent. Par exemple, il y a une interaction de boîte entre 4 photons, causée par une boucle d’électrons virtuelle. Ceci est normalement négligeable – nous disons donc que les équations de Maxwell sont linéaires dans les champs électromagnétiques. Cependant, à de tels champs magnétiques puissants, la non-linéarité entre en jeu et un photon se divise souvent en deux, ou vice versa.

Il y a donc beaucoup de nouveautés dans ces domaines. Un magnétar qui serait à 1000 miles de distance nous tuerait en raison du diamagnétisme de l’eau dans nos cellules.

Magnétars et fusion

Votre idée d’utiliser des magnétars pour soutenir la fusion est bien sûr créative. Mais je pense que pour commencer la fusion, il faut serrer les noyaux plus près que la longueur d’onde Compton de l’électron qui est encore

2.4 × dix 12

mètres, beaucoup plus long que le rayon nucléaire. Vous auriez besoin d’ajouter deux ou trois ordres de grandeur supplémentaires à la compression. Un magnétar ne suffit pas pour cela.

Lorsque vous avez de tels atomes brutalement déformés, vous ne pouvez pas négliger les réactions nucléaires impliquant des électrons – qui sont généralement considérées comme des « petites particules distantes non pertinentes » qui n’influencent pas les processus nucléaires. Cependant, si leurs fonctions d’onde sont comprimées en radia qui sont sensiblement plus courtes que la longueur d’onde Compton, leur énergie cinétique augmente considérablement. À la largeur de la fonction d’onde comparable à la longueur d’onde de Compton, l’énergie / masse totale de l’électron augmente d’environ O (100%). Cette augmentation provient uniquement des directions « minces » mais elle est suffisante.

Maintenant, notez que la différence entre la masse neutronique et la masse protonique n’est que de 2,5 masses de l’électron. Donc, si vous serrez l’électron pour que son énergie totale augmente plus de 2,5 fois, il devient énergétiquement favorisé pour les protons à l’intérieur de votre (pas si) « cristal » pour absorber l’électron et se transformer en neutrons.

Je pense donc que toute la matière à proximité immédiate du magnétar se transformera en fait en la même matière que l’étoile à neutrons elle-même. Cela se produira avant que les protons n’aient la moindre chance de créer de nouveaux états liés tels que les noyaux de fer (que vous vouliez produire par fusion). Vous vous retrouverez avec des neutrons et presque pas de protons – le même état de matière que l’étoile est construite à partir d’elle-même. Dans un certain sens, je pense que cela ne devrait pas être surprenant – si cela est surprenant pour quelqu’un, il aurait dû se demander pourquoi il ne reste plus de matière ordinaire sur les étoiles à neutrons.

Quelle est l’échelle de temps après laquelle les électrons sont absorbés pour transformer les protons en neutrons? Eh bien, c’est un processus médié par la faible interaction nucléaire – comme les désintégrations bêta. Rappelons que la durée de vie du neutron est de 15 minutes mais elle est anormalement longue à cause de certains accidents cinématiques. Les objets normaux de la même taille – comme les atomes extrêmement serrés en forme de cigare – se désintégreraient plus rapidement (en neutrons et neutrinos, dans ce cas). En revanche, les électrons dans les atomes en forme de cigare occupent une région plus grande que les quarks dans le neutron. Mais cela ne peut ajouter que 4 ordres de grandeur au maximum. Pour résumer, je pense qu’en quelques jours ou mois, sinon plus rapidement, les électrons seraient avalés pour créer des neutrons.

Tous les meilleurs Lubos

 

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