Pregunta:
Presiones gigapascales en un paquete pequeño
SF.
2015-04-19 21:52:08 UTC
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¿Qué tan pequeña / compacta puede ser una bomba u otro mecanismo que permita comprimir gas (o líquido) a presiones de más de 10 GPa, de forma continua?

El rendimiento puede ser minúsculo, del orden de miligramos por hora; incluso más bajo es aceptable. Además, para el "tamaño del dispositivo" contamos toda la infraestructura necesaria: si requiere energía de una central nuclear para funcionar, no es compacta. Digamos que tenemos unos 30 vatios de energía "gratis"; todo lo que esté por encima de nuestro "presupuesto de compacidad".

El gas de entrada se presuriza a niveles "razonables", del orden de 30 KPa; si se requiere más presión, el contenedor entra en "presupuesto de compacidad" con al menos 20 kg de gas en su interior.

Hay abundante capacidad de disipación de calor, pero cualquier calentamiento adicional sale de nuestro "presupuesto". Temperatura de funcionamiento (ambiente): elija entre 40K y 400K como desee. Debe tener una vida útil operativa de al menos un año, preferiblemente ~ 10 años.

(aclarando: "continuo": podemos suponer un pequeño contenedor "amortiguador" en el lado de salida, que emite el gas presurizado a una velocidad que es el promedio de la velocidad de admisión, por lo que una "discontinuidad" corta como el movimiento del pistón es totalmente aceptable; simplemente mantenga el "búfer" por encima de 10 GPa con pérdidas del orden de la entrada promedio supuesta (1 mg / hora, o menos si es necesario, pero bastante constante ).)

10 GIGApascales? Eso suena irrazonable. [Esta lista] (http://en.wikipedia.org/wiki/Ultimate_tensile_strength#Typical_tensile_strengths) muestra que solo hay un par de materiales capaces de resistir ese tipo de presión, y eso es pura tensión.
@TrevorArchibald: de alguna manera se ha fabricado Ice-X, y requiere 70GPa. Se obtuvieron bastantes materiales experimentales a presiones superiores a 100 GPa. Además, la lista es para estirar, no para comprimir. Las paredes desproporcionadamente gruesas para el material que se presuriza resistirán el estiramiento causado por la presión; si una bomba de etapa opera dentro de un contenedor presurizado a la presión de entrada de esa etapa, no se verá gravemente afectada. Imagínese conductos de 0,1 mm en 10 cm de metal no poroso.
crear momentáneamente grandes presiones es fácil, solo agregue explosivos.
@ratchetfreak: Sí, obviamente. ¡Sin embargo, la parte "sostenida" es complicada!
Sé que los yunques de diamantes se utilizan para hacer cosas a una presión exótica (como hielo X). En teoría, no veo ningún problema en convertir ese sistema en una bomba. ¿Pero cómo planeas almacenar este gas?
Dato curioso: p. Ej. 10 miligramos por hora, solo necesitaría 1 kilogramo de gas durante el lapso de 10 años. Entonces, la respuesta más compacta podría ser simplemente una botella de gas (aunque la resistencia requerida del contenedor, por supuesto, lo haría bastante voluminoso).
Dos respuestas:
Nikolay Frick
2015-09-16 00:37:41 UTC
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Estas altas presiones se pueden lograr mediante celdas de yunque de diamante (DAC). El corazón de estas celdas son dos diamantes montados en asientos de tungsteno simétricamente uno frente al otro que están separados por una placa metálica. La placa metálica tiene una abertura con muestra cargada (gas, cristal, polvo, etc.). Estos diamantes luego se acercan entre sí apretando los pernos o mediante la extensión de los actuadores piezoeléctricos. Las presiones en dichos DAC pueden alcanzar hasta 200 GPa o más, dependiendo del tamaño del diamante, su calidad, temperatura y tipo de material que se comprime. La cantidad de muestra que se puede comprimir suele oscilar entre microgramos y miligramos.

Se necesitaría una cámara especial para cargar gas en el DAC. En estas cámaras, el operador controla la separación entre diamantes para llenar la abertura en la junta de metal entre diamantes con gas licuado y encerrarla de manera segura para una mayor compresión

Carlton
2015-09-15 21:52:27 UTC
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Podría usar pirotecnia iniciada eléctricamente como en este video. Se encienden espontáneamente cuando se aplica corriente eléctrica y se autoextinguen inmediatamente cuando se elimina la corriente. La pirotecnia estaría en un lado de un pistón y el gas a comprimir estaría en el otro lado. Cuando la presión cae por debajo de un cierto umbral, enciende la pirotecnia un poco hasta que se restablece la presión deseada y luego la apaga.

Si bien 10 GPa es bastante alto, tenga en cuenta que algunas armas militares y de investigación llegan hasta 1 GPa (por supuesto, solo por unos pocos milisegundos a la vez). 10 GPa no es inalcanzable, solo requeriría un recipiente con paredes muy gruesas.



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