توليد دسته.ي جديدي از ابررساناها و گامی به سوی پيشرفت.هاي بزرگ

واضح آرشیو وب فارسی:فان پاتوق: دانشمندان موفق به توسعه.ی اولین دسته. از گستره.ی جدیدی از ابررساناهای قدرتمند شدند. این ابررساناهای جدید می.توانند انقلابی در تولید دستگاه.هایی همچون پویشگر MRI و حفاظت شبکه.ی برق سراسری ایجاد کنند.
به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، مهندسین دانشگاه کمبریج با بکارگیری شیوه.های جدیدی برای ساخت مواد ابررسانای دمابالا، نمونه.هایی تولید کردند که این نمونه.های جدید می.توانند مقدار جریان الکتریکی بی.سابقه.ای را، البته با توجه به نوع و اندازه.شان، حمل کنند.
این پیشرفتِ جدید، موجب بهبود کارآیی اکسید مس باریم یتیریم (YBCO) و خانواده.ی مرتبط با آن شده است و احتمال ساخت نمونه.های قوی.تر و مقرون به صرفه.تری را که می.توانند مزایای بسیار زیادی در برخی زمینه.ها داشته باشند، بالا می.برد.
پروفسور دیوید کاردول، سرپرست گروه ابررسانایی دانشکده.ی مهندسی دانشگاه کمبریج، گفت: «مزایای بالقوه.ی توسعه.ی ابررساناهای دمابالا بسیار زیاد است. فرآیندهایی که ما توسعه دادیم و ثبت کردیم به ما این امکان را می.دهد تا نمونه.هایی را توسعه دهیم که بهتر، بزرگ.تر، ارزان.تر و با قابلیت اطمینان بالاتری باشند.»
ابررساناها موادی هستند که با سرد شدن تا یک دمای مشخص می.توانند جریان الکتریکی را بدون اتلاف انرژی حمل کنند. این ویژگی، ابررساناها را از رساناهای متداولی مثل سیم مسی که در مقابل شارش جریان از خود مقاومت نشان می.دهد و موجب از دست رفتن مقداری از انرژی می.شود، متمایز می.کند. این در دراز مدت بدین معنی است که ابررساناها با افزایش بازده انرژی می.توانند مزایای زیست.محیطی مهمی داشته باشند. در حال حاضر، حداکثر 10 درصد از انرژی الکتریکی تولید شده توسط نیروگاه.های بریتانیا، قبل از رسیدن به مصرف.کننده، به دلیل مقاومت خطوط برق به هدر می.رود. ابررساناها چنین مقاومتی ندارند و می.توانند برای ذخیره.ی مقدار زیادی انرژی تا زمان نیاز استفاده شوند و در برخی موارد تا صد برابر مس، جریان حمل کنند.
جریان موجب ایجاد میدان مغناطیسی می.شود. با توجه به این ویژگی، ابررساناها می.توانند در بسیاری کاربردهای دیگر نیز مورد استفاده قرار گیرند، از جمله: پویشگرهای MRI در بیمارستان.ها، «جداسازهای مغناطیسی» که آب دریا و دریاچه.ها را تمیز می.کند، قطارهای مونوریل سریع.السیر، چرخ.طیارهای مکانیکی که انرژی را ذخیره می.کنند و مشهورتر از همه «ابرتصادم.گر هادرونی» یا Large Hadron Collider، که بزرگ.ترین شتاب.دهنده.ی ذره در جهان است.
علاوه بر این، ابررساناها می.توانند به عنوان«محدودکننده.ی جریان خطا» (fault current limiter) در شبکه.ی برق سراسری به کار گرفته شوند و از شبکه در برابر قوس انرژی ناشی از افزایش ناگهانی مصرف محافظت کنند. این قوس.ها که منجر به خاموشی در سواحل شرقی آمریکا در سال 2003 و اروپا در سال 2006 شدند، می.توانند موجب صدمه.ی دیرپا، هم به شبکه و هم به زیرساخت.های عمومی شوند. اگر جریان بزرگ باشد، مواد ابررسانا بدون اتلاف انرژی قابل توجهی مانع هدایت می.شوند؛ بدین معنی که ابررساناها می.توانند در سیستم مورد استفاده قرار گیرند تا برق را قبل از رسیدن به نقطه.ی مصرف قطع کنند.
در حال حاضر ابررساناهای کارآمد اغلب گران.قیمت هستند و تولید انبوه آن.ها دشوار است. پژوهش کمبریج با ایجاد بنیانی برای توسعه.ی نمونه.های قوی.تر که طی فرآیندی مقرون به صرفه ساخته می.شوند، می.تواند گامی به سوی حل این مشکل باشد. این موضوع می.تواند موجب پایین آمدن هزینه.های تولید دستگاه.هایی شود که به این مواد وابسته هستند. به عنوان نمونه، پویشگر MRI که حدود 1.5 میلیون یورو قیمت دارد، می.تواند تبدیل به یک امر عادی در جراحی.های عمومی شود و به بهبود تشخیص.های دقیق و شناخت مشکل از پیچ.خوردگی زانو گرفته تا تومورهای مغزی کمک کند.
در حالی که برخی از مواد باید تا دماهای پایین، حدود 269- درجه.ی سانتی.گراد سرد شوند تا ابررسانا شوند، YBCO در دمای نسبتاً بالای 181- درجه.ی سلسیوس ابررسانا می.شود. می.توان از این ویژگی استفاده کرد و YBCO را به جای هلیوم مایع با نیتروژن مایع سرد کرد که این باعث کاهش قیمت می.شود.
در گذشته، تولید قطعات ابررسانای کارآمد از این ماده با دشواری.هایی همراه بود. YBCO در تشکیل سرامیک چندبلوری دارای فرآیند ساده.ای ست اما باید به صورت یک دانه.ی تنها شکل بگیرد تا بتواند میدان.های مغناطیسی بزرگ تولید کند، زیرا مرزهای بین دانه.ها، شارش جریان را در نمونه.ی انبوه محدود می.کنند.
علاوه بر این، نقص.های میکروسکوپی در ماده می.تواند مانع حرکت خطوط شار مغناطیسی شود و جریان را افزایش دهد. توزیع این خطوط در یک ابررسانای مقیاس.بزرگ باید کنترل شود تا جریان و به تبع آن میدان به بیشترین مقدار خود برسد.
گروه دانشگاه کمبریج شیوه.ای را برای ساخت دانه.های تنهای بزرگ از ابررساناهای مقیاس.بزرگ توسعه داده.اند. این شیوه در ابتدا شامل گرم کردن ماده تا دمای 1000 درجه.ی سانتی.گراد می.شود که موجب نیمه.ذوب شدن آن می.شود. سپس طی انجام چند آزمایش.، عناصر مختلف از جمله اورانیوم تهی شده به ترکیب شیمیایی ابررسانا اضافه می.شود تا محل.های مانع شار مصنوعی را در دانه.ی تنها تولید کند. زمانی که ماده سرد شد و دوباره شکل گرفت، این مواد افزوده شده یکپارچگی خود را حفظ می.کنند و موانع فیزیکی.ای تشکیل می.دهند که این موانع، حرکت خطوط شار مغناطیسی را شکل می.دهند که این امر، موجب افزایش شارش جریان می.شود.
علاوه بر این، این گروه با استفاده از نوع جدیدی از بلور بذری که پیش از این ثبت کرده بودند و حیطه.ی بیشتری برای بهینه.سازی فرآیند ذوب ناقص فراهم می.کرد، شیوه.ای برای ساخت دانه.های تنهای بزرگ از ابررساناهای مقیاس.بزرگ در هوا توسعه دادند. این شیوه.ها در کنار هم منجر به تولید نمونه.های بسیار قدرتمندتری نسبت به نمونه.های ساخته شده با شیوه.های معمول شد که چگالی انرژی و میدان مغناطیسی بی.سابقه.ای نسبت به اندازه.ی خود نشان دادند.
پروفسور کاردول افزود: «ویژگی.هایی که این نمونه.ها نشان می.دهند، می.تواند در آینده با بهبود و کاهش وزن و اندازه.ی ادواتی مثل چرخ.طیارهای ذخیره.ی انرژی، جداسازهای مغناطیسی، موتورها و ژنراتورها، منجر به پتانسیل تجاری عظیم شود. این دستگاه.ها، پیش از این، از ابررساناها در درجات مختلف استفاده می.کردند. با به کار گرفتن این شیوه.های فرآیند مقیاس.بزرگ می.توانیم قدرت و پتانسیل آن.ها را به شدت بهبود دهیم.»

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: فان پاتوق]

[مشاهده در: www.funpatogh.com]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 632]