Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Japończycy stworzyli laserowy system zapłonowy dla samochodów, dzięki któremu nie tylko zaoszczędzimy benzynę, ale zmniejszymy też emisję tlenków azotu - głównego składnika smogu. Nowy zapłon zbudowany jest z ceramiki, zatem można go tanio produkować w dużych ilościach.

W obecnie stosowanym zapłonie iskrowym wykorzystuje się wysokie napięcie i iskrę przeskakującą pomiędzy dwoma elektrodami. Iskra zapala mieszankę paliwowo-powietrzną. Produktem spalania mieszanki są tlenki azotu. Można co prawda zmienić skład mieszanki tak, by do środowiska trafiało mniej NOx, jednak taka mieszanka zawiera mniej paliwa, a zatem do jej zapalenia konieczne jest wykorzystanie wyższego napięcia. Niestety, iskry powstające dzięki wyższemu napięciu prowadzą do szybkiego zużywania się elektrod, cała konstrukcja jest zatem niepraktyczna. Tymczasem lasery, zapalające mieszankę dzięki skoncentrowanej energii optycznej, nie zawierają elektrod, zatem nie dochodzi do ich korozji.

Takunori Taira z japońskiego Narodowego Instytutu Nauk Naturalnych wymienia kolejną zaletę laserów. Urządzenia takie poprawiają też efektywność silnika. Konwencjonalne świece zapłonowe umieszczone są na cylindrach i zapalają mieszankę gdy ta zajdzie się blisko nich. Jednak zimne metalowe elektrody oraz ściany cylindra błyskawicznie absorbują ciepło powstałe podczas eksplozji mieszanki, tłumiąc płomień gdy tylko powstanie. Taira mówi, że lasery można wycelować w środek mieszanki, zapalając ją od wewnątrz, dzięki czemu gazy będą rozprzestrzeniały się symetrycznie, a proces taki będzie przebiegał nawet trzykrotnie szybciej niż w konwencjonalnych rozwiązaniach. Ponadto lasery wyzwalają energię w ciągu nanosekund, podczas gdy świecom zajmuje to milisekundy. „Odpowiednie dobranie czasu i szybkie spalanie są bardzo ważne. Im bardziej precyzyjny wybór momentu zapłonu, tym bardziej efektywne spalanie i lepsza ekonomia silnika" - mówi Taira.

Dotychczas zaprzęgnięcie laserów do tego typu zadania było niemożliwe, gdyż musiałyby one skupić światło o mocy około 100 gigawatow na centymetr kwadratowy i wysyłać je w krótkich impulsach o energii większej niż 10 milidżuli każdy. Takie wymagania spełniały duże ciężkie lasery z laboratoriów naukowych.

Japończycy poradzili sobie z tym problemem budując kompozytowy laser z ceramiki. Powstały one dzięki podgrzaniu ceramicznego proszku, przez co powstała przezroczysta struktura w której umieszczono jony metali.

Japońskie lasery zbudowane są z dwóch segmentów składających się z itru, aluminium i galu. Jeden z segmentów wzbogacono neodymem, a drugi chromem. Laser ma jedynie 9 milimetrów średnicy i 11 milimetrów długości. Emituje on dwie wiązki światła, które jednocześnie zapalają mieszankę w dwóch miejscach. Dzięki temu pali się ona szybciej i bardziej równomiernie niż mieszanka zapalana w jednym miejscu.

Zespół Tairy współpracuje obecnie z należącą do Toyoty DENSO Corporation. Celem współpracy jest stworzenie lasera emitującego trzy wiązki światła.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Jeśli to rozwiazanie sprawdzi się w praktyce, to nadejdzie trudny czas dla diesli, nie dość że będą dużo bardziej uciążliwe dla środowiska od benzyniaków, to jeszcze te drugie mogą się okazać ekonomiczniejsze.

Share this post


Link to post
Share on other sites

moją pierwszą myślą było "jakie to oczywiste - czemu nikt na to wcześniej nie wpadł" jednak.. wcale nie jest takie oczywiste ;) bawo, myślę że to może bujnąć silniki mocno w przyszłość.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Laserowy zapłon to nic nowego.....

już w latach 70 wynalazł ten sposób Stanley Meyer jednak nie do benzyny lecz wodoru który wykorzystywał w silniku swojego wv przez ponad cztery lata.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Guest derobert

zaraz się do tego projektu zabiorą koncerny paliwowe i magicznie zniknie, bo jak że to, silniki miały by palić jeszcze mniej ich drogiej benzyny?

Share this post


Link to post
Share on other sites

No tak lobby paliwowe i tak dalej. Dlaczego się nie stosuje laserowego zapłonu ? Bo  prosty jak konstrukcja cepa czyli tradycyjny zapłon daje obie całkiem nieźle rade a główne ograniczenia są gdzieś indziej.

 

zaraz się do tego projektu zabiorą koncerny paliwowe i magicznie zniknie, bo jak że to, silniki miały by palić jeszcze mniej ich drogiej benzyny?

pomysł jest tylko średni, nie wiadomo jak będzie się sprawdzał co ile wymagał wymiany i ile będzie kosztowała taka "świeca zapłonowa". Jeśli któryś z tych parametrów będzie nie pomyślny nie zobaczysz tego szybko w samochodzie. I to bez udziału lobby paliwowego.

 

cyberant jak bujniesz silnik w przyszłość skoro tylko zmieniasz sposób zapłonu?

 

Jeśli to rozwiazanie sprawdzi się w praktyce, to nadejdzie trudny czas dla diesli, nie dość że będą dużo bardziej uciążliwe dla środowiska od benzyniaków, to jeszcze te drugie mogą się okazać ekonomiczniejsze.

Nie nadejdzie z rożnych względów. Jeśli chodzi o wydajność to z grubsza benzyna powinna być spalana w takich warunkach by się sama zapalała. A obie te konstrukcje umrą równo na rzecz pewnie gazu.

 

ale zmniejszymy też emisję tlenków azotu

Dlaczego ?

Tlenki azotu nie biorą się z paliwa a z powietrza czyli z tlenu i azotu a powstają w wysokiej temperaturze jaka panuje w komorze spalania. Jedyną możliwością redukcji NOx dostępną w silniku (poza wyeliminowaniem azotu) jest obniżenie temperatury spalania.

 

Produktem spalania mieszanki są tlenki azotu.

Nie są produktem są skutkiem. Wcale do wytworzenia tlenków azotu nie jest potrzebna mieszanka. A różnica w ilości tlenów azotu miedzy takimi samymi silnikami z rożnymi układami zapłonowymi będzie taka ile tlenku azotu wytwarza przeskok iskry.

 

 

 

Można co prawda zmienić skład mieszanki tak, by do środowiska trafiało mniej NOx

Robi się to tak ze się spaliny recyrkuluje co nie jest dobrym rozwianiem. powoduje to powstawanie cząstek stałych. W silniku można sobie poradzić albo z NOx albo z cząstkami stałymi resztę trzeba załatwić w układzie wydechowym. Obecnie odchodzi się od walki z NOx w silniku, na korzyść selektywnej redukcji katalitycznej czyli pozbycia się NOx ze spalin dzięki mocznikowi. Nie ma recyrkulacji spalin nie ma cząstek stałych bo wszystko się ładnie dopala w silniku. A NOx na koniec są ze spalin redukowane. A zubożenie mieszanki powoduje wzrost ilości NOx

 

Szybkie zużywanie się elektrod to dość wyimaginowany porblem. A wysokie napięcie dla iskry to tylko porblem "kilku" zwojów więcej na uzwojeniu wtórnym cewki.

 

Takunori Taira z japońskiego Narodowego Instytutu Nauk Naturalnych wymienia kolejną zaletę laserów. Urządzenia takie poprawiają też efektywność silnika. Konwencjonalne świece zapłonowe umieszczone są na cylindrach i zapalają mieszankę gdy ta zajdzie się blisko nich.

A niekonwencjonalne będą przepraszam gdzie w filtrze powietrza? Poza tym mieszanka i tak jest w kolo świec sprężana tak działa silnik tłokowy.  Poza tym umiejscowienie świecy jest dość optymalne w tak małej przestrzeni jaką jest komora spalania. Co więcej to zjawisko jest nawet dość powszechnie wykorzystywane nazywa się to spalanie mieszanki uwarstwionej (w przeciwieństwie do spalania mieszanki jednorodnej) i pozwala na osiągniecie większej ekonomiczności ponieważ mieszanka jest wystarczająco bogata do zapłonu w okolicy świecy a wszędzie indziej jest uboższa zapłon w okolicy świecy spręża pozostałą mieszankę pozwalając jej się spalić mimo tego ze jest uboga.

 

Jednak zimne metalowe elektrody oraz ściany cylindra błyskawicznie absorbują ciepło powstałe podczas eksplozji mieszanki, tłumiąc płomień gdy tylko powstanie.

 

Jest odwrotnie świeca nie powinna być zbyt gorąca żeby nie występował samozapłon. I za zimna żeby się nie niej syf nie osadzał. Prawidłowo dopasowana świeca po wyjęciu z silnika jest jasnobrązowa. Jak kiedyś złożycie świece o źle dobranej wart cieplnej to się przekonacie. Kto piździka miał to wie. Albo będzie mostkować świecę albo piździk nie będzie chciał gasnąć i będzie sobie popyrkiwał po wyłączeniu zapłonu. To z tłumieniem płomienia to już jakaś wyższa szkoła czarnej magi. Poza tym świeża mieszka wlatując do cylindra odzyskuje część ciepła ze scianek. Ale tego procesu żadna świeca nie zmieni. "Zimna" świeca wygląda mniej więcej tak

http://www.sae.org/mags/sohe/8152

 

Taira mówi, że lasery można wycelować w środek mieszanki, zapalając ją od wewnątrz, dzięki czemu gazy będą rozprzestrzeniały się symetrycznie, a proces taki będzie przebiegał nawet trzykrotnie szybciej niż w konwencjonalnych rozwiązaniach. Ponadto lasery wyzwalają energię w ciągu nanosekund, podczas gdy świecom zajmuje to milisekundy. „Odpowiednie dobranie czasu i szybkie spalanie są bardzo ważne. Im bardziej precyzyjny wybór momentu zapłonu, tym bardziej efektywne spalanie i lepsza ekonomia silnik

 

No i znowu. Po pierwsze dobór momentu iskry nie stanowi problemu nawet dzisiaj. Wycelowanie lasera w środek to jakiś tam potencjalny plus ale przyspieszenie spalania mieszanki 3 krotnie już wcale nie. Po pierwsze można to osiągnąć już dziś na różne sposoby i nikt tego nie robi. Silniki dzisiaj są na ostrzu noża miedzy wytrzymałością a masa elementów. Na przykład przyspieszenie procesu spalania spowoduje zwiększenie przyspieszeń w układzie korbowym z którymi ktoś będzie sobie musiał poradzić.

 

Emituje on dwie wiązki światła, które jednocześnie zapalają mieszankę w dwóch miejscach. Dzięki temu pali się ona szybciej i bardziej równomiernie niż mieszanka zapalana w jednym miejscu.

Czasem stosuje się dwie świece zapłonowe żadna nowość np w lotnictwie. Natomiast zapłon w dwóch miejscach może wprowadzać "nerwowa" atmosferę w cylindrze. A co do równomierności to tez nie do końca bo mieszanka miedzy dwoma wybuchami zostanie sprężona na tyle ze może zapalić się sama i to detonacyjne wypalając w okolicy dziurę w "silniku".

Pozostaje pytanie o pobór prądu tego cuda. Bo dodatkowe obciążenie silnika może połknąć wszelakie potencjalne korzyści. No i co jak se zaświni nagarem? zamontujemy wycieraczki? No i co z tym laserem nie robi krzywdy silnikowi? Chyba  ze dwa lasery działają tak ze iskra pojawia się na ich przecięciu bo ja w sumie nie widzę koncepcji celowania takim laserem.

 

Zespół Tairy współpracuje obecnie z należącą do Toyoty DENSO Corporation. Celem współpracy jest stworzenie lasera emitującego trzy wiązki światła.</p>

Niech wsadza dwa takie o jednego cylindra to będą mieć cztery.

 

Na koniec pomysł jest nie najgorszy i ma pewien potencjał, ale przed nim daleka droga. Na razie to tylko maźenie. Po pierwsze powinien być niezawodny po drugie tani. Argumentacja słaba zupełnie. Tak jak by na siłę to próbowali wcisnąć. Od razu widać ze do tego podeszli od złej strony. Plusy tego systemu to potencjalny czas reakcji i możliwość zapalenia w innym miejscu niż świeca czy też możne nawet wzdłuż promienia. Ale reszta silnika musi być do tego przystosowana a do tego daleka droga.

ale tak to działa obwołali sukces na miarę wynalezienie koła potem okaże się ze nic z tego nie wyszło z rożnych względów i będzie na lobby paliwowe.

 

Kolejnym pozytywem jest to ze Japończycy sobie coś tam ubzdurali i próbują to sprzedać. Naszym tego brakuje. Japończycy trafią z tym laserem raz w płot przy samochodach drug raz w płot przy łodziach podwodnych na przykład, ale za trzecim razem w coś trafia i się przymnie albo wręcz ktoś wykombinuje jak z tego skorzystać i sam do nich przybiegnie.U nas natomiast wywiad z kim tam od tego "naszego" grafenu i pytanie dziennikarza (cytat dość luźny)

- Czy udało wam się już na tym jakoś zarobić ?

- Nie nie mamy jeszcze grantu ministerstwa.

 

Wiec jeśli dla kogoś zarobić znaczy dostać grant z ministerstwa to taka nauka już u zarania ma poważny porblem. Bo o wartości decyduje dzielący granty a nie rynek.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Twierdzisz że nie nastapi odwrót od diesli?

Argumenty, które są znane od dziesięcioleci a silniki iskrowe nadal mają się dobrze:

olej napędowy jest tańszy w prodkucji - co z tego jak to państwa dykują ceny paliw poprzez podatki, obecnie już ceny się zrównały bo jest też na olej większy popyt

silnik diesla ma teoretycznie większą sprawność (w praktyce też, ale jako turbodiesel) - ale benzyniaki są tańsze w produkcji, a wersje turbo lub kompresor osiągają większe moce z litra, więc do tego są mniejsze, lżejsze oraz tańsze w naprawach. Z punktu widzenia ekonomii benzyniaki mogą być górą.

ekologia - no i tu diesle nie są fajne, trzeba stosować filtry cząstek stałych, zbiorniki zmocznikiem, może się okazać że do centrum miast diesle nie będą miały wjazdu.

A co do przyszłości to wróżenie z fusów. Konstrukcje silników otta czy diesla na pewno pozostaną przez kilka dziesięcioleci. Czey paliwem będzie olej napędowy czy benzyna zobaczymy.

Gaz to pojęcie baaardzo szerokie miałeś na mysli lpg, cng, wodór czy jescze coś innego. A w kolejce do zastosowania czeka też etanol no i elektryczność. Ja sądze że my umrzemy a problem silnika  o wysokiej sprawności do samochodów nie zostanie rozwiązany.

Share this post


Link to post
Share on other sites

To skomplikowane ;)

Zależne od horyzontu czasowego części świata ujęcia i od tego czy diesla traktujemy jako silnik o zapłonie samoczynnym czy taki właśnie silnik zasilany paliwem ropopochodnym i analogicznie do silników z zapłonem iskrowym.

W krótkim okresie w UE ludzie będą odchodzić od diesli (prywatni użytkownicy) bo się nie opłacają przy niskich przebiegach chyba ze producenci spuszcza z tonu to to oni konsumują znaczna cześć oszczędności w postaci różnicy w cenie jak nie będzie różnicy w eksploatacji różnica w cenie jest nieuzasadniona. W nieco dłuższej unia może diesle wykończyć nie spełnianą norma czystości spalin na przykład. Ale diesle dalej będą miały zwolenników przy dużych przebiegach a w transporcie kołowym jeszcze długo silnik benzynowy będzie bez szans. UE planuje redukcje tego rodzaju samochodów gdzieś do 2050. Silniki diesla umrą razem z benzyniakami a wykończyć może je elektryczność lub przepisy albo brak paliwa. Ale z ta elektrycznością to nic pewnego bo jak odejdziemy od węgla i elektrowni atomowych to będzie porblem z prądem.

Etanol raczej się nie przebije bo taniej jest uzyskiwać biopaliwo do diesla który go mniej konsumuje. Bierzesz rzepak wyciskasz i masz ewentualnie estryfikujesz. Zauważ ze już dzisiaj cena litra ON determinuje cenę oleju "w biedronce" bo przy znacznej różnicy popyt na olej stosowany jako paliwo gwałtownie wzrasta.

 

Silnik o ZI i ZS ma w zanadrzu alternatywne paliwa i tu może się stać kilka rzeczy

Wzrost zapotrzebowania na ropę naftową czy paliwa przez Chiny czy nawet Rosję może spowodować nieciekawe rzeczy z cenami. I kolejna sprawa państwa będące importerami ropy mogą nie chcieć dzielić się PKB z jej wydobywcami, a ci wręcz dzielić się ropą. I albo będzie trzeba korzystać ze źródeł paliw dostępnych lokalnie np gaz ziemny jako paliwo LNG dla silników iskrowych albo biopaliwa dla jednych i drugich. Wszytko zależy od różnych czynników  w przyszłości (przykładem zróżnicowania lokalnego jest np Brazylia gdzie samochody z powadzeniem jeżdżą na alkoholu bo mają trzciny cukrowej pod dostatkiem). Dlatego właśnie wróżąc z fusów twierdze z za wcześnie jest stawiać krzyżyk na dieslu szczególnie w dłuższej perspektywie.

 

Albo filtr cząstek stałych albo mocznik przynajmniej przy obecnych normach. Albo wysoka temperatura spalania i NOx ale wypalone cząstki stałe albo obniżona temp spalania np przez recyrkulacje spalin i filtrowanie cząstek stałych. Obie drogi jednocześnie są bez sensu.

 

Już obowiązują restrykcje w rożnych miejscach i nie tylko ze względu na normę spalania ale również na hałas. Dotyczą najczęściej samochodów ciężarowych.

 

Często nie moc z litra jest istotna bo tu pole do popisu jest duże silnik musi mieć jeszcze odpowiednią charakterystykę i trwałość. Nikt nie kupi 1000 konnej ciężarówki której po 100 tyś wał wyjdzie bokiem. Diesle puki co maja jeszcze rezerwy trwałości które można wykorzystać bardziej wysilając silnik kosztem trwałości względem benzyniaka. Jak na przykład 1.3 multijet we fiacie, 105 koni z takiej pierdziawki to wg mnie trochę za dużo. Ale benzyna terz szaleje 85 z dwucylindrowego twin air to tez przesada. A wolkswagen z 1,4 tsi i np 125 KM. 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Ale nikt nie stawia krzyżyka na dieslu jako silnikach w ciężarówkach. Jest też cały czas rosnący trend kupowania diesli w osobówkach. Ale ten trend w osobówkach może się odwrócić przy sprawniejszych silnikach benzynowych. Bo mają zalety o których pisałem.

 

Z ropy naftowej można robić i olej napędowy i benzynę. Ale jak będzie zapotrzebowanie głównie na olej to chociaż można tak prowadzić przerób ropy by było go więcej to i tak zostaną frakcje z których powstaje benzyna. I trzeba ją sprzedać i aby zrobić po dobrych cenach (a słabnący popyt na benzynę, wywinduje jescze bardziej ceny oleju, i być może obniży ceny benzyny) trzeba też oferować sprawniejsze silniki iskrowe.

 

Tyle, że rosnący popyt na auta w Chinach może wywindować ceny paliw na świecie, to skłoni właśnie do robienia paliwa, właśnie głównie do diesli (chociaż w niektórych krajach etanol) z roślin, co wywinduje też ceny żywności. I dlatego trzeba szukać paliw alternatywnych być może będzie to jakiś gaz, byc może elektryczność.

 

Zauważ, że większość krajów produkujących samochody jak kraje UE i Japonia nie mają zasobów ropy, a te które mają ropę nie produkują aut, wyjątkiem jest USA. Bedzie więc dla rządów tych krajów priorytetem w najbliższych latach szukać paliw alternatywnych. I promować rozwiązania powodujące zmniejszenie zużycia paliwa. Oraz co jest naturalne w krajach gęsto zaludnionych, wprowadzać coraz ostrzejsze normy czystości spalin.

Jeśli jedno i drugie da się osiągnąć przy pomocy "świecy laserowej" to wkrótce, jeśli oczywiście zapewnia ona bezawaryjną długotrwałą eksplatację silnika, będziemy ją mogli zobaczyć w nowych autach.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Jednego tu nie rozumiem: aby wiązka laserowa coś zapaliła musi być zaabsorbowana w nieprzeztoczystym materiale, a mieszanka paliwowa jest przezroczysta. W dodatku wiązka w końcu trafi w ściankę cylindra lub w tłok (zależnie jak jest skierowana) i tam oczywiście naszkodzi.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Jednego tu nie rozumiem: aby wiązka laserowa coś zapaliła musi być zaabsorbowana w nieprzeztoczystym materiale, a mieszanka paliwowa jest przezroczysta. W dodatku wiązka w końcu trafi w ściankę cylindra lub w tłok (zależnie jak jest skierowana) i tam oczywiście naszkodzi.

Im większa przezroczystość, tym większa moc lasera potrzebna do zapalenia tego czegoś. Mieszanka paliwowa nie jest całkowicie przezroczysta...

Koledzy powiedzą pewnie więcej na ten temat - ja sobie tylko dywaguję ;)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Jednego tu nie rozumiem: aby wiązka laserowa coś zapaliła musi być zaabsorbowana w nieprzeztoczystym materiale, a mieszanka paliwowa jest przezroczysta. W dodatku wiązka w końcu trafi w ściankę cylindra lub w tłok (zależnie jak jest skierowana) i tam oczywiście naszkodzi.

Mieszanka jest przezroczysta dla światła widzialnego. Nie jest za to przezroczysta poza tym pasmem, w UV (ale to raczej odpada) i w niektórych zakresach podczerwieni.

Co do wypalania dziury, to akurat żaden problem, wystarczy zastosować soczewkę, tak że światło skupia się w bardzo wąską wiązkę w połowie drogi, uzyskując w tym punkcie potrzebną gęstość mocy. Dalej (poza ogniskiem) wiązka jest rozbieżna i nie wypali dziury w tłoku.

Tak samo działa to w CD (przy soczewce lasera średnica wiązki to chyba 1,6 mm) i w laserach do cięcia blach.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Ja mam tylko jedno "ale" co z zabrudzeniem elementu optycznego? Bo zapewne takowe nastąpi.

Dla mnie ten pomysł to ciekawostka raczej, powinno się iść w badaniach w stronę wykorzystywania odnawialnych źródeł energii i jak najłatwiejszego ich wykorzystania.

 

Jak przerabianie odpadów roślinnych na "węglowodory" mogące zasilać silniki. Bo prąd czy gaz to już się przyjął.

O wodorze na razie ucichło, za bardzo niebezpieczny jeszcze jest ;) a nie mało 'terrorystów' by się uśmiechnęło na widok stacji wodorowej w centrum miasta/miejscu dużego zaludnienia.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Misja Psyche jeszcze nie dotarła do celu, a już zapisała się w historii podboju kosmosu. Głównym jej celem jest zbadanie największej w Układzie Słonecznym asteroidy Psyche. Przy okazji NASA postanowiła przetestować technologię, z którą eksperci nie potrafili poradzić sobie od dziesięcioleci – przesyłanie w przestrzeni kosmicznej danych za pomocą lasera. Agencja poinformowała właśnie, że z Psyche na Ziemię trafił 15-sekudowy materiał wideo przesłany z odległości 31 milionów kilometrów z maksymalną prędkością 267 Mbps. To niemal 2-krotnie szybciej niż średnia prędkość szerokopasmowego internetu w Polsce.
      To, czego właśnie dokonała NASA jest nie zwykle ważnym osiągnięciem. Pozwoli bowiem na znacznie sprawniejsze zbieranie danych z instrumentów pracujących w przestrzeni kosmicznej i zapewni dobrą komunikację z misjami załogowymi odbywającymi się poza orbitą Ziemi.
      Sygnał z Psyche potrzebował około 101 sekund, by dotrzeć do Ziemi. Dane, przesyłane przez laser pracujący w bliskiej podczerwieni trafiły najpierw do Hale Teelscope w Palomar Observatory w Kalifornii. Następnie przesłano je do Jet Propulsion Laboratory w Południowej Kalifornii, gdzie były odtwarzane w czasie rzeczywistym podczas przesyłania. Jak zauważył Ryan Rogalin, odpowiedzialny za elektronikę odbiornika w JPL, wideo odebrane w Palomar zostało przesłane przez internet do JPL, a transfer danych odbywał się wolniej, niż przesyłanie danych z kosmosu. Podziwiając tempo transferu danych nie możemy zapomnieć też o niezwykłej precyzji, osiągniętej przez NASA. Znajdujący się na Psyche laser trafił z odległości 31 milionów kilometrów w 5-metrowe zwierciadło teleskopu. Sam teleskop to również cud techniki. Jego budowę ukończono w 1948 roku i przez 45 lat był najdoskonalszym teleskopem optycznym, a jego zwierciadło główne jest drugim największym zwierciadłem odlanym w całości.
      Po co jednak prowadzić próby z komunikacją laserową, skoro od dziesięcioleci w przestrzeni kosmicznej z powodzeniem przesyła się dane za pomocą fal radiowych? Otóż fale radiowe mają częstotliwość od 3 Hz do 3 Thz. Tymczasem częstotliwość pracy lasera podczerwonego sięga 300 THz. Zatem transmisja z jego użyciem może być nawet 100-krotnie szybsza. Ma to olbrzymie znaczenie. Chcemy bowiem wysyłać w przestrzeń kosmiczną coraz więcej coraz doskonalszych narzędzi. Dość wspomnieć, że Teleskop Webba, który zbiera do 57 GB danych na dobę, wysyła je na Ziemię z prędkością dochodzącą do 28 Mb/s. Zatem jego systemy łączności działają 10-krotnie wolniej, niż testowa komunikacja laserowa.
      Zainstalowany na Psyche Deep Space Optical Communication (DSOC) uruchomiono po raz pierwszy 14 listopada. Przez kolejne dni system sprawdzano i dostrajano, osiągając coraz szybszy transfer danych i coraz większą precyzję ustanawiania łącza z teleskopem. W tym testowym okresie przesłano na Ziemię łącznie 1,3 terabita danych. Dla porównania, misja Magellan, która w latach 1990–1994 badała Wenus, przesłała w tym czasie 1,2 Tb.
      Misja Psyche korzysta ze standardowego systemu komunikacji radiowej. DSOC jest systemem testowym, a jego funkcjonowanie nie będzie wpływało na powodzenie całej misji.


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Amerykańscy eksperci z National Ignition Facility poinformowali o uzyskaniu z fuzji jądrowej wyraźnie więcej energii niż wprowadzono w paliwo. Uzyskano tym samym punkt tzw. breakeven. Po kilkudziesięciu latach badań pojawiła się realna nadzieja na uzyskanie niemal niewyczerpanego źródła czystej energii.
      Fuzja jądrowa – czyli reakcja termojądrowa – to obiecujące źródło energii. Polega ona na łączeniu się atomów lżejszych pierwiastków w cięższe i uwalnianiu energii. To proces, który zasila gwiazdy.  Taki sposób produkcji energii na bardzo wiele zalet. Nie dochodzi tutaj do uwalniania gazów cieplarnianych. Na Ziemi są olbrzymie zasoby i wody i litu, z których można pozyskać paliwo do fuzji jądrowej, deuter i tryt. Wystarczą one na miliony lat produkcji energii. Takiego luksusu nie mamy ani jeśli chodzi o węgiel czy gaz ziemny, ani o uran do elektrowni atomowych. Tego ostatniego wystarczy jeszcze na od 90 (według World Nuclear Association) do ponad 135 lat (wg. Agencji Energii Atomowej). Fuzja jądrowa jest niezwykle wydajna. Proces łączenia atomów może zapewnić nawet 4 miliony razy więcej energii niż reakcje chemiczne, takie jak spalanie węgla czy gazu i cztery razy więcej energii niż wykorzystywane w elektrowniach atomowych procesy rozpadu atomów.
      Co ważne, w wyniku fuzji jądrowej nie powstają długotrwałe wysoko radioaktywne odpady. Te, które powstają są na tyle mało radioaktywne, że można by je ponownie wykorzystać lub poddać recyklingowi po nie więcej niż 100 latach. Nie istnieje też ryzyko proliferacji broni jądrowej, gdyż w procesie fuzji nie używa się materiałów rozszczepialnych, a radioaktywny tryt nie nadaje się do produkcji broni. Nie ma też ryzyka wystąpienia podobnych awarii jak w Czernobylu czy Fukushimie. Jednak fuzja jądrowa to bardzo delikatny proces, który musi przebiegać w ściśle określonych warunkach. Każde ich zakłócenie powoduje, że plazma ulega schłodzeniu w ciągu kilku sekund i reakcja się zatrzymuje.
      Fuzja jądrowa jest od wielu dekad przedmiotem zainteresowania naukowców na całym świecie. Problem w tym, że aby pokonać siły elektrostatyczne odpychające od siebie atomy potrzeba albo ekstremalnie wysokich temperatur, albo potężnych impulsów laserowych. To zaś wymaga budowy olbrzymich, bardzo skomplikowanych i kosztownych instalacji.
      Istnieją różne pomysły na przeprowadzeni fuzji jądrowej, a najpopularniejszym z nich jest próba wykorzystania tokamaków. Optymalna temperatura, w której dochodzi do reakcji połączenia się deuteru z trytem w tokamaku wynosi od ok. 100 do ok. 200 milionów stopni Celsjusza. Tak rozgrzana materia znajduje się w stanie plazmy. Trzeba ją uwięzić w jakiejś niematerialnej pułapce. Może być nią np. silne pole magnetyczne. I to właśnie rozwiązanie stosowane jest w tokamakach i będzie je wykorzystywał słynny budowany we Francji reaktor badawczy ITER. Uwięzienie jest konieczne zarówno dlatego, by plazma się nie rozpraszała i nie chłodziła, jak i dlatego, by utrzymać ją z dala od ścian reaktora, które zostałyby uszkodzone przez wysokie temperatury.
      Innym pomysłem jest zaś inercyjne uwięzienie plazmy. Z tej technologii korzysta właśnie National Ignition Facility (NIF). NIF otwarto w 2009 roku w w Kalifornii. To laboratorium badawcze, w którym zespół 192 laserów skupia wiązki na niewielkiej kapsułce zawierającej paliwo. Jest ono zgniatane prze światło lasera, a zapłon następuje w wyniku transformacji promieniowania laserowego w promieniowanie rentgenowskie. To efekt prac prowadzonych od dziesięcioleci. W latach 60. zespół fizyków z Lawrence Livermore National Laboratory – do którego należy NIF – pracujący pod kierunkiem Johna Nuckollsa, wysunął hipotezę, że zapłon fuzji jądrowej można by uzyskać za pomocą laserów. Właśnie poinformowano, że 5 grudnia bieżącego roku uzyskano długo oczekiwany zapłon.
      Zapłon ma miejsce, gdy ciepło z cząstek alfa powstających w wyniku fuzji termojądrowej w centrum kapsułki z paliwem jest w stanie przezwyciężyć efekt chłodzący wywołany m.in. stratami promieniowania rentgenowskiego czy przewodnictwem elektronowym, zapewniając samopodtrzymujący mechanizm ogrzewania i gwałtowny wzrost ilości uzyskanej energii, czytamy na stronach NIF. Podczas eksperymentu do paliwa dostarczono 2,05 megadżula (MJ) energii, a w wyniku reakcji uzyskano 3,15 MJ.
      Zapłon uzyskano w niewielkim cylindrze zwanym hohlraum, wewnątrz którego znajdowała się kapsułka z paliwem. Wewnątrz niej energia światła laserowego zmieniła się w promieniowanie rentgenowskie, doszło do kompresji kapsułki, jej implozji i pojawienia się wysokotemperaturowej plazmy, wewnątrz której panowało wysokie ciśnienie.
      To ważny krok, jednak zanim do naszych domów popłynie czysta energia uzyskana drogą fuzji jądrowej, musimy nauczyć się uzyskiwać wielokrotnie więcej energii niż kosztowało nas doprowadzenie do reakcji. Do tego zaś potrzeba wielu naukowych i technologicznych przełomów. Ich osiągnięcie może potrwać całe dekady.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      „Niemożliwy” unipolarny (jednobiegunowy) laser zbudowany przez fizyków z University of Michigan i Universität Regensburg może posłużyć do manipulowania kwantową informacją, potencjalnie zbliżając nas do powstania komputera kwantowego pracującego w temperaturze pokojowej. Laser taki może też przyspieszyć tradycyjne komputery.
      Światło, czyli promieniowanie elektromagnetyczne, to fala oscylująca pomiędzy grzbietami a dolinami, wartościami dodatnimi a ujemnymi, których suma wynosi zero. Dodatni cykl fali elektromagnetycznej może przesuwać ładunki, jak np. elektrony. Jednak następujący po nim cykl ujemny przesuwa ładunek w tył do pozycji wyjściowej. Do kontrolowania przemieszania informacji kwantowej potrzebna byłaby asymetryczna – jednobiegunowa – fala światła. Optimum byłoby uzyskanie całkowicie kierunkowej, unipolarnej „fali”, w której występowałby tylko centralny grzbiet, bez oscylacji. Jednak światło, jeśli ma się przemieszczać, musi oscylować, więc spróbowaliśmy zminimalizować te oscylacje, mówi profesor Mackillo Kira z Michigan.
      Fale składające się tylko z grzbietów lub tylko z dolin są fizycznie niemożliwe. Dlatego też naukowcy uzyskali falę efektywnie jednobiegunową, która składała się z bardzo stromego grzbietu o bardzo wysokiej amplitudzie, któremu po obu stronach towarzyszyły dwie rozciągnięte doliny o niskiej amplitudzie. Taka konstrukcja powodowała, że grzbiet wywierał silny wpływ na ładunek, przesuwając go w pożądanym kierunku, a doliny były zbyt słabe, by przeciągnąć go na pozycję wyjściową.
      Taką falę udało się uzyskać wykorzystując półprzewodnik z cienkich warstw arsenku galu, w którym dochodzi do terahercowej emisji dzięki ruchowi elektronów i dziur. Półprzewodnik został umieszczony przed laserem. Gdy światło w zakresie bliskiej podczerwieni trafiło w półprzewodnik, doszło do oddzielenia się elektronów od dziur. Elektrony poruszyły się w przód. Następnie zostały z powrotem przyciągnięte przez dziury. Gdy elektrony ponownie łączyły się z dziurami, uwolniły energię, którą uzyskały z impulsu laserowego. Energia ta miała postać silnego dodatniego półcyklu w zakresie teraherców, przed i po którym przebiegał słaby, wydłużony półcykl ujemny.
      Uzyskaliśmy w ten sposób zadziwiającą unipolarną emisję terahercową, w którym pojedynczy dodatni półcykl był czterokrotnie wyższy niż oba cykle ujemne. Od wielu lat pracowaliśmy nad impulsami światła o coraz mniejszej liczbie oscylacji. Jednak możliwość wygenerowania terahercowych impulsów tak krótkich, że efektywnie składały się z mniej niż pojedynczego półcyklu oscylacji była czymś niewyobrażalnym, cieszy się profesor Rupert Hubner z Regensburga.
      Naukowcy planują wykorzystać tak uzyskane impulsy do manipulowania elektronami w materiałach kwantowych w temperaturze pokojowej i badania mechanizmów kwantowego przetwarzania informacji. Teraz, gdy wiemy, jak uzyskać unipolarne terahercowe impulsy, możemy spróbować nadać im jeszcze bardziej asymetryczny kształt i lepiej przystosować je do pracy z kubitami w półprzewodnikach, dodaje doktorant Qiannan Wen.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Krwawienie z naczyń krwionośnych podczas operacji neurochirurgicznych to poważny problem. Krew zasłania pole widzenia i konieczne jest jej usuwanie. Dlatego pole operacyjne, w którym nie pojawiałaby się krew czyniłoby cały zabieg bardziej precyzyjnym i bezpiecznym. Naukowcy z University of Texas w Austin i University of California, Irvine, opracowali właśnie laserową platformę do bezkrwawej resekcji tkanki mózgowej.
      Obecnie podczas zabiegów neurochirurgicznych, by zapewnić dobre pole widzenia, wykorzystuje się ultradźwiękowe aspiratory, po których stosuje się przyżeganie (elektrokauteryzację). Jako jednak, że obie metody stosowane są jedna po drugiej, wydłuża to operację. Ponadto przyżeganie może prowadzić do uszkodzenia części tkanki.
      Specjaliści z Teksasu i Kalifornii wykazali podczas eksperymentów na myszach, że ich nowy laser pozwala na bezkrwawą resekcję tkanki. Ich system składa się z urządzenia do koherencyjnej tomografii optycznej (OCT), które zapewnia obraz w mikroskopowej rozdzielczości, bazującego na iterbie lasera do koagulacji naczyń krwionośnych oraz wykorzystującego tul lasera do cięcia tkanki.
      Maksymalna moc lasera iterbowego wynosi 3000 W, a urządzenie pozwala na dobranie częstotliwości i długości trwania impulsów w zakresie od 50 mikrosekund do 200 milisekund, dzięki czemu możliwa jest skuteczna koagulacja różnych naczyń krwionośnych. Laser ten emituje światło o długości 1,07 mikrometra. Z kolei laser tulowy pracuje ze światłem o długości fali 1,94 mikrometra, a jego średnia moc podczas resekcji tkanki wynosi 15 W. Twórcy nowej platformy połączyli oba lasery w jednym biokompatybilnym włóknie, którym można precyzyjnie sterować dzięki OCT.
      Opracowanie tej platformy możliwe było dzięki postępowi w dwóch kluczowych dziedzinach. Pierwszą jest laserowa dozymetria, wymagana do koagulacji naczyń krwionośnych o różnych rozmiarach. Wcześniej duże naczynia, o średnicy 250 mikrometrów i większej, nie poddawały się laserowej koagulacji z powodu szybkiego wypływu krwi. Mój kolega Nitesh Katta położył podstawy naukowe pod metodę dozymetrii laserowej pozwalającej na koagulowanie naczyń o średnicy do 1,5 milimetra, mówi główny twórca nowej platformy, Thomas Milner.
      Drugie osiągnięcie to odpowiednia metodologia działań, która pozwala na osiągnięcie powtarzalnej i spójnej ablacji różnych typów tkanki dzięki głębiej penetrującym laserom. Jako, że laserowa ablacja jest zależna od właściwości mechanicznych tkanki, cięcia mogą być niespójne, a w niektórych przypadkach mogą skończyć się katastrofalną niestabilnością cieplną. Nasza platforma rozwiązuje oba te problemy i pozwala na powtarzalne spójne cięcie tkanki miękkiej jak i sztywnej, takiej jak tkanka chrzęstna.
      Na łamach Biomedical Optics Express twórcy nowej platformy zapewniają, że w polu operacyjnym nie pojawia się krew, jakość cięcia jest odpowiednia i obserwuje się jedynie niewielkie uszkodzenia termiczne tkanki.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Łazik Perseverance wylądował na Marsie po trwającej ponad pół roku podróży. W tym czasie był narażony na oddziaływanie dużych dawek promieniowania kosmicznego, które dodatkowo mogło zostać gwałtownie zwiększone przez koronalne wyrzuty masy ze Słońca. Na takie właśnie szkodliwe dla zdrowia promieniowanie narażeni będą astronauci podróżujący na Marsa. W przeciwieństwie do załogi Międzynarodowej Stacji Kosmicznej nie będą oni chronieni przez ziemską magnetosferę. Dlatego też wszelkie metody skrócenia podróży są na wagę zdrowia i życia.
      Emmanuel Duplay i jego koledzy z kanadyjskiego McGill University zaprezentowali na łamach Acta Astronautica interesującą koncepcję laserowego systemu napędowy, który mógłby skrócić załogową podróż na Marsa do zaledwie 45 dni.
      Pomysł na napędzanie pojazdów kosmicznych za pomocą laserów nie jest niczym nowym. Jego olbrzymią zaletą jest fakt, że system napędowy... pozostaje na Ziemi. Jedną z rozważanych technologii jest wykorzystanie żagla słonecznego przymocowanego do pojazdu. Żagiel taki wykorzystywałby ciśnienie fotonów wysyłanych w jego kierunku z laserów umieszczonych na Ziemi. W ten sposób można by rozpędzić pojazd do nieosiągalnych obecnie prędkości.
      Jednak system taki może zadziałać wyłącznie w przypadku bardzo małych pojazdów. Dlatego Duplay wraz z zespołem proponują rozwiązanie, w ramach którego naziemny system laserów będzie rozgrzewał paliwo, na przykład wodór, nadając pęd kapsule załogowej.
      Pomysł Kanadyjczyków polega na stworzeniu systemu laserów o mocy 100 MW oraz pojazdu załogowego z odłączanym modułem napędowym. Moduł składałby się z olbrzymiego lustra i komory wypełnionej wodorem. Umieszczone na Ziemi lasery oświetlałby lustro, które skupiałoby światło na komorze z wodorem. Wodór byłby podgrzewany do około 40 000 stopni Celsjusza, gwałtownie by się rozszerzał i uchodził przez dyszę wylotową, nadając pęd kapsule załogowej. W ten sposób, w ciągu kilkunastu godzin ciągłego przyspieszania kapsuła mogłaby osiągnąć prędkość około 14 km/s czyli ok. 50 000 km/h, co pozwoliłoby na dotarcie do Marsa w 45 dni. Sam system napędowy, po osiągnięciu przez kapsułę odpowiedniej prędkości, byłby od niej automatycznie odłączany i wracałby na Ziemię, gdzie można by go powtórnie wykorzystać.
      Drugim problemem, obok stworzenia takiego systemu, jest wyhamowanie pojazdu w pobliżu Marsa. Naukowcy z McGill mówią, że można to zrobić korzystając z oporu stawianego przez atmosferę Czerwonej Planety, jednak tutaj wciąż jest sporo niewiadomych.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...