¿Es factible una tuneladora equipada con láser?

He vendido, reparado y trabajado con máquinas láser durante 10 años, así que supongo que estoy calificado para responder esto.

A su tarea, lo respondería como plausible. Aunque podría no ser el método más eficiente de perforación de túneles.

Aquí te daré los problemas y la solución que se me ocurren.

1. Los costos de la evaporación de las rocas necesitan una gran cantidad de electricidad. En aras de la comparación, mi máquina láser de 80 vatios puede evaporar 1 mm cúbico por segundo de mármol. Para evaporar 1 m3 de rocas, necesitará 80 gigavatios de segundo de láser, lo que dará como resultado un fuego ardiente.
2. ¿Entonces podemos controlar el incendio distribuyendo esa potencia de fuego a lo largo del tiempo? Sí, por supuesto, puede usar un láser lentamente y no causará esos problemas de incendio. Lo que nos llevará a la siguiente pregunta.
3. Pero tomará una eternidad trabajar con él. La respuesta es que podemos dispararlo en paralelo, por lo que podemos tener 1000 boquillas evaporando 1000 mm3 por segundo, lo que equivale a 0.001 litro de rocas por segundo.
4. ¡Todavía es demasiado lento! Bien, supongamos que el túnel tiene un diámetro de 2.7 metros, que es 23 metros cuadrados de área, que es 230,000 metros cuadrados o. Podemos dividirlo entre 1.000.000 de disparos láser a la vez y cada láser tendrá un área de trabajo de 0.23 cm2. Esto es lo suficientemente seguro como para no provocar que se incendie.
5. Entonces 1 litro de rocas se evaporó usando 80MW de láser por segundo. En una hora puede explotar 3.6cbm de tierra. Eso es lo suficientemente rápido.
6. Ahora necesitarás mucho aire. Montones y montones de ellos para controlar el proceso de láser. Debe volar hacia el punto del láser para limpiar la óptica del láser y suprimir el fuego aún más. 3 barras serían óptimas para este propósito, y también se necesitaban gases de escape fuertes. Esto agregará varios megavatios de potencia requerida también.
7. Entonces, ¿todo el mineral que has desprendido se evaporará y simplemente irá al cielo? Podríamos mejorar mejorando la captura de todo el gas a procesar como material. Pero si no puede hacerlo, se encontrará con graves problemas de contaminación que serán realmente muy malos.
8. Y otro problema, el láser debe enfocarse antes de que pueda funcionar en condiciones óptimas. Sin foco significa sin cortar, también significa sin fuego encendido. Lo que nos llevará a la pregunta final.
9. El láser funciona mejor en material uniforme, por ejemplo, acero sólido o plástico sólido. Nuestro suelo no es uniforme. Entonces, cuando nuestro taladro encuentra una parte más dura del suelo que no se puede evaporar de inmediato y necesita una mayor duración, todo el proceso se retrasará.

En conclusión: no vale la pena el dinero y no vale la pena la molestia.

Otra advertencia, cuando el láser se encuentra con una bolsa de gas o material inflamable, se volverá kaboom.

No, la cantidad de energía requerida sería inviable.

Un TBM convencional rompe la roca, que luego se lleva en un transportador. Se necesita energía para romper la roca, la energía que se gasta en romper los enlaces atómicos entre los átomos de la roca. De hecho, solo relativamente pocos enlaces atómicos de la roca tienen que romperse, lo suficiente como para separarlos en rocas: la mayor parte del botín está intacto. Pero si desea abrirse paso con láser, cada uno de los enlaces atómicos de la roca tiene que romperse, para reducir la roca sólida a gas, y esto requiere muchos órdenes de magnitud más potencia. Si calcula que la cantidad de roca que se eliminará para un túnel de tamaño razonable es de aproximadamente 65,000 metros cúbicos, el volumen aproximado del meteorito que se vaporizó cuando golpeó el Cráter Meteor en Arizona, entonces la potencia requerida será aproximadamente la misma que el impacto energía de ese objeto. Hasta donde puedo encontrar cualquier información en la web, parece estar en la región de 12 teravatios-hora. Eso es más electricidad que la que usa todo Estados Unidos en un día.

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Sí, es factible y los modelos de física y equipo se diseñaron inicialmente para realizar esa aplicación. La clave es NO derretir / vaporizar toda la roca que necesita ser removida, ya que eso es ineficiente.

También ineficiente es triturar y moler toda la roca, como se hace ahora.

No. Los láseres apestan en este tipo de ambiente. La óptica fallaría casi de inmediato. En cuestión de segundos y el láser se fríe. Esto sería causado por una liberación masiva de plasma caliente del haz que vaporiza la roca. El volumen sería totalmente inmanejable y la temperatura estaría al norte de 10,000 ° C. Los metales se condensarían del vapor caliente sobre la plataforma de perforación y la óptica, destruyendo ambos. El plasma se difundiría y reflejaría el rayo láser destruyendo aún más la plataforma y la óptica.

Nunca funcionaría, excepto en ciencia ficción.