"ENERGY NEUTRINO" - تكنولوجيا خالية من توليد الطاقة

2024 مؤلف: Seth Attwood | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-16 15:57

فيما يتعلق بالتغيرات المناخية العالمية في العقود الأخيرة ، والناجمة ، من بين أمور أخرى ، عن طريقة غير مسؤولة وقصيرة النظر في حياة الإنسان ، ومسألة تطوير تقنيات جديدة وإنشاء مواد جديدة لا توفر فقط حياة مريحة للفرد ، ولكن أيضًا يمكن أن يقلل بشكل جذري من التأثير السلبي لحياة الإنسان على موطنه.

يعد تأثير النشاط البشري على المناخ موضوعًا متعدد المكونات ومعقدًا للغاية ، بما في ذلك التخلص من النفايات البشرية ورفض حرق الوقود الأحفوري لتوليد الكهرباء واستخدامه لمحركات الاحتراق الداخلي.

لطالما دار نقاش في المجتمع العلمي حول مدى حقيقة توليد الكهرباء من جسيمات النيوترينو الكونية. يؤكد أحد الجوانب بشكل إيجابي أن تدفق النيوترينوات الكونية عبر سطح الأرض مستقر ليلًا ونهارًا ، بغض النظر عن الطقس والوقت من العام ، وإذا تعلم العلماء كيفية الحصول على الكهرباء من الطيف المرئي للإشعاع (ضوء الشمس) ، من الممكن الحصول على تيار من طيف الإشعاع غير المرئي (مثل النيوترينوات الكونية) أو أنواع أخرى من الإشعاع. والسؤال هو فقط في إنشاء مواد جديدة من شأنها أن تسمح بتحويل طاقة النيوترينوات إلى تيار كهربائي.

يجادل المتشائمون أنه على الرغم من منح جائزة نوبل في الفيزياء في عام 2015 لإثبات حقيقة أن النيوترينوات لها كتلة ، فإن هذه الكتلة صغيرة جدًا (أخف بكثير من الإلكترونات). "إذا افترضنا أنه يمكن الحصول على الطاقة من النيوترينوات ، فسيظهر سؤالان: بأي ثمن وهل ستكون عملية؟ ببساطة ، يجب إثبات الجدوى الفنية والاقتصادية ، كما يقول الأستاذ يحيى خليل من جامعة ييل بالولايات المتحدة الأمريكية وزميل باحث بجامعة أكسفورد بالمملكة المتحدة. انضم إليه جاك روتورييه من جامعة بوردو - "تعد تجربة مكعبات الثلج دليلًا ممتازًا آخر على التفاعل الصغير للغاية بين النيوترينوات والمادة. نعم ، يتم نقل بعض الطاقة في هذه العملية. لكن لا توجد فرصة للحصول على طاقة كافية لتوليد الكهرباء حتى لطهي بيضة واحدة ". لكن هل العلماء أصحاب النظريات الذين يدرسون بشكل أساسي الأسس الأساسية لفيزياء النيوترينو ، وليس تطبيقاتهم التطبيقية ، أليس كذلك؟

وتجدر الإشارة إلى أنه في السنوات الأخيرة ظهرت الكثير من المنشورات التي تصف البحث الذي تم إجراؤه حول هذا الموضوع. وعند تحليل منشورات العلماء من مختلف البلدان ، يمكننا أن نستنتج أن طريقة استخدام النيوترينوات الكونية لتوليد الطاقة تكمن في إنشاء مواد ذات اهتزازات ذرية متزايدة. في الطبيعة ، تشرح الأستاذة فانيسا وود وزملاؤها ، ETH (Eidgen؟ Ssische Technische Hochschule، Z؟ Rich) العمليات التي تسبب الاهتزازات الذرية عندما تكون المواد نانوية ، وكيف يمكن استخدام هذه المعرفة لتطوير منهجي للمواد النانوية لمجموعة متنوعة من التطبيقات. يوضح المنشور أنه عندما يتم تصنيع المواد بأحجام أقل من 10-20 نانومتر ، أي أنحف بمقدار 5000 مرة من شعرة الإنسان ، فإن اهتزازات الطبقات الذرية الخارجية على سطح الجسيمات النانوية كبيرة وتلعب دورًا مهمًا في كيفية ذلك. المادة تتصرف. تتكون جميع المواد من ذرات تهتز.هذه الاهتزازات الذرية ، أو "الفونونات" ، مسؤولة عن كيفية انتقال الشحنة الكهربائية والحرارة في المواد.

في الوقت نفسه ، يجذب استخدام الهياكل النانوية للجرافين في ابتكار تقنيات جديدة الاهتمام الأكبر. ولكن من أجل فهم أفضل للمواد الحديثة مثل الهياكل النانوية للجرافين وتحسينها للأجهزة في التقنيات البصرية والنانوية والكمية ، من المهم فهم كيفية تأثير الفونونات - اهتزاز الذرات في المواد الصلبة - على خصائص المواد. يُظهر العمل المنشور للتو أن علماء من جامعة فيينا والمعهد المتقدم للعلوم والتكنولوجيا (AIST) في اليابان و JEOL وجامعة لا سابينزا في روما طوروا تقنية يمكنها قياس جميع الفونونات الموجودة في مادة ذات بنية نانوية. وهكذا ، لأول مرة ، تمكنوا من إنشاء جميع الأنماط الاهتزازية للجرافين المستقل ، بالإضافة إلى التوسع المحلي لأنماط الاهتزازات المختلفة في ألياف الجرافين النانوية. هذه الطريقة الجديدة ، التي أطلقوا عليها اسم "رسم الخرائط الكبيرة" ، تفتح إمكانيات جديدة تمامًا لإنشاء توسع فونون مكاني واندفاعي في جميع المواد الحديثة ذات البنية النانوية وكذلك ثنائية الأبعاد. تفتح هذه التجارب إمكانيات جديدة لدراسة أوضاع الاهتزاز المحلية على مقياس نانومتر وصولاً إلى طبقات أحادية محددة.

تمثيل تخطيطي للاهتزازات الشبكية المحلية في الجرافين ، التي تثيرها واجهة الموجة للإلكترونات السريعة المرسلة. (مصدر الصورة: © Ryosuke Senga ، AIST)

ومع ذلك ، فقد تقدم علماء من مجموعة Neutrino Energy تحت قيادة عالم الرياضيات ورجل الأعمال الألماني هولجر شوبارت أبعد ما يكون في التطبيق العملي لأحدث التطورات في المواد القائمة على الجرافين لتوليد الطاقة. باستخدام سنوات عديدة من التطورات النظرية والعملية ، تم إنشاء مادة طلاء متعددة الطبقات بسماكة نانوية تعتمد على الجرافين والسيليكون المخدر ، وهي قادرة على توليد تيار مباشر ليس فقط تحت تأثير النيوترينوات الكونية ، ولكن أيضًا أنواع الإشعاع الأخرى ، مثل electrosmog ، فمثلا. تم إجراء تنعيم طبقات الطلاء لزيادة الاهتزازات الذرية.

تحت تأثير النيوترينوات الكونية عالية الطاقة والإشعاعات الأخرى ، تتضخم الاهتزازات الذرية ، مما يؤدي إلى الرنين ، الذي ينتقل إلى الرقاقة المعدنية ، وتتحول الطاقة الناتجة إلى طاقة كهربائية. علاوة على ذلك ، من أجل الانتقال من الاهتزازات الذرية إلى الرنين ، يكفي تلقي القليل جدًا من الطاقة من النيوترينوات الكونية بفضل المادة المبتكرة متعددة الطبقات التي تم إنشاؤها.

فيما يتعلق بتعليقات البروفيسور يحيى خليل المذكورة أعلاه ، يلاحظ المجلس العلمي لمجموعة نيوترينو للطاقة ما يلي: "في تقديرنا ، ستكون تكلفة إنتاج هذا النوع من الطاقة أقل بكثير من 50٪ من تكلفة إنتاج أنواع أخرى من الطاقة ، وعلى نطاق صناعي كبير حقًا أكثر ربحية."

بالإضافة إلى ذلك ، فإن مصدر الطاقة مضغوط للغاية ولا يتطلب تكاليف تشغيل وصيانة. على سبيل المثال ، ورقة من ورق القصدير بحجم A-4 ، مغطاة بطبقة كثيفة خاصة من الجسيمات النانوية المخدرة ، توفر طاقة كهربائية ناتجة ثابتة في ظل ظروف المختبر 2.5-3.0 وات. NEUTRINO POWER CUBE® ، المصمم لتوليد الكهرباء بسعة 4.5 إلى 5.5 كيلو واط / ساعة ، سيكون بحجمه الصغير "الدبلوماسي".

يمكن مقارنة مبدأ التشغيل بالخلايا الكهروضوئية ، حيث يتحول الضوء (طيف الإشعاع المرئي) إلى طاقة. تكمن الميزة والاختلاف الرئيسيان في NEUTRINO POWER CUBE® في حقيقة أنه يمكن توليد الطاقة بشكل مستمر 24 ساعة في اليوم ، حيث يصل إشعاع الخلفية (طيف الإشعاع غير المرئي) إلى الأرض حتى في الظلام الدامس.

تسمح هذه الأبعاد وبيانات المخرجات باستخدام مصدر تيار نيوترينو باور كيوب® نيوترينو على نطاق واسع في العديد من الأجهزة والمعدات ، لاستخدامها في المركبات الكهربائية وتوليد الطاقة الصناعية.

وتعليقًا على الجدل المكثف في المجتمع العلمي والصحافة ، انتقد هولغر شوبارت الرئيس التنفيذي لمجموعة Neutrino Energy Group مدى بقاء الجمهور في الظلام ، على الرغم من حقيقة أن الحالة الحالية للمعرفة في مجال فيزياء جسيمات النيوترينو توفر إمكانيات حقيقية لحل المشكلات الحديثة بأساليب جديدة تمامًا … "جزيئات الطيف غير المرئي من الإشعاع قادرة بالتأكيد على إمداد الناس بالطاقة يومًا بعد يوم أكثر من أي من الموارد الأحفورية المتضائلة حول العالم ،" - كما يقول علماء الشركة. في رأيهم ، يجب أن يركز البحث الحالي على مجال الطاقة الهائل فوقنا ، والذي سنحتاج إلى استخدامه في المستقبل ، بدلاً من الاستمرار في "حفر الأرض".

على الرغم من حقيقة أن Neutrino Energy Group هي تحالف بحثي ألماني أمريكي ، ينتقد هولجر شوبارت الوضع في ألمانيا: "ألمانيا متأخرة في البحوث التطبيقية العالمية. الاكتشافات المهمة في مجال فيزياء النيوترينو لم تصل بعد إلى بيئة البحث الألمانية - على عكس الولايات المتحدة والعديد من البلدان الأخرى في العالم ، حيث ينتمون بالفعل إلى معرفة معترف بها. بالطبع ، سيكون من المثير للاهتمام معرفة من أين أتت النيوترينوات ، وبالطبع من المثير للاهتمام توثيق حركات النيوترينو في القطب الجنوبي - عمليًا على الجانب الآخر من العالم - وأحيانًا "اصطياد" واحد على الأقل الجسيمات ، ولكن هذا لا ينبغي أن يكون أولوية في استخدام الملايين من وسائل "البحث" - يجب عدم إغفال الهدف الحقيقي للعلم - هذا الهدف ، وفقًا لشوبارت ، هو البحث عن المعرفة العملية والحصول عليها من أجل جعل العالم أفضل المكان ، وفي هذه الحالة بالذات ، لإيجاد فرصة لاستخدام الطيف غير المرئي عالي الطاقة من الإشعاع الشمسي والكوني لتوليد الطاقة.

يمكن الحصول على مزيد من المعلومات التفصيلية: