Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Gwałtowne zmiany ziemskiego pola magnetycznego zagrażają systemom nawigacji

Recommended Posts

Ziemskie północne pole magnetyczne przemieszcza się z Kanady w stronę Syberii. Ruch ten jest tak szybki, że pojawiła się konieczność dokonana rzadkiej korekty Ziemskiego Modelu Magnetycznego. Opisuje on pole magnetyczne planety i jest podstawą wszystkich współczesnych systemów nawigacyjnych.

Najnowsza wersja modelu pochodzi z roku 2015 i miała być używana do 2020 roku. Jednak zmiany pola magnetycznego są tak duże, że już teraz pojawiła się konieczność korekty modelu. Błąd cały czas się powiększa, mówi Arnaud Chulliat z National Centers for Environmental Information w amerykańskiej Narodowej Administracji Oceanicznej i Atmosferycznej.

Problem leży częściowo w przemieszczającym się polu magnetycznym, a częściowo w innych zmianach zachodzących we wnętrzu Ziemi. Na przykład w 2016 roku głęboko pod północną częścią Ameryki Południowej i wschodnim Pacyfikiem część pola magnetycznego czasowo przyspieszyła. W roku 2018, gdy specjaliści z NOAA i British Geological Survey dokonali corocznego sprawdzenia, na ile aktualny model odpowiada rzeczywistym zmianom pola magnetycznego Ziemi okazało się, że jest on na granicy przekroczenia akceptowalnego marginesu błędów nawigacyjnych.

Naukowcy zaczęli zastanawiać się, co takiego się stało. Okazało się, że nałożyły się dwa zjawiska. Po pierwsze impuls geomagnetyczny z 2016 roku przydarzył się zaraz po aktualizacji modelu, więc pole magnetyczne zaczęło zmieniać się gdy tylko przyjęto nowy model, a zmiany poszły w kierunku, którego nie przewidziano. Po drugie sytuację pogorszyła zmiana położenia północnego bieguna magnetycznego, który przemieszcza się w sposób nieprzewidywalny. Na przykład w połowie ubiegłego wieku przyspieszył on swoją wędrówkę z około 15 kilometrów na rok do około 55 km/rok. Do roku 2001 znalazł się na Oceanie Arktycznym, w 2018 roku przeciął linię zmiany daty, a obecnie podąża w kierunku Syberii. Fakt, że biegun magnetyczny przemieszcza się tak szybko, czyni cały ten region bardziej podatnym na duże błędy, mówi Chulliat.

Naukowcy próbują zrozumieć, dlaczego pole magnetyczne Ziemi zmienia się tak szybko. Impulsy podobne do tego z 2016 roku mogą mieć swoje źródło w „hydromagentycznych” falach z głębi jądra. Z kolei szybkie przemieszczanie się bieguna magnetycznego może być spowodowane przez strumienie płynnego żelaza przemieszczające się szybko pod Kanadą. Wydaje się, że położenie północnego bieguna magnetycznego zależy od dwóch dużych obszarów w jądrze Ziemi, jednego pod Kanadą i jednego pod Syberią. Obszar pod Syberią wygrywa obecnie w to swoiste przeciąganie liny, stwierdził Phil Livermore z University of Leeds.

Zmiana modelu magnetycznego planety miała nastąpić już 15 stycznia, jednak w związku z tzw. zamknięciem rządu USA przesunięto ją na 30 stycznia.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Tak na "oko" to zmiama predkosci przesuwania sie bieguna magnetycznego jest zwiazana z wieksza iloscia wody z topniejacych lodowcow. Zaklada sie ze woda z topniejacych lodowcow jest pochlaniana przez skorupe i plaszcz ziemi ( dlatego nie jest obserwowany katastroficzny poziom oceanow). Jezeli jest to prawda to woda ta musi zmienic wlasciwosci fizyczne skal w (skorupie || plaszcu) ziemi. A to powoduje lepsze smarowanie miedzy warstwami ziemi. No i nastepne teoria o global warming jets gotowa.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Szanowny Zibi -  niestety znacznie zaniedbałeś zgromadzenie i analizę dostępnej wiedzy przed wyrażeniem powyższej opinii.

W rzeczywistości topniejący lód na biegunie wpływa na pole magnetyczne Ziemi w takim samym stopniu jak wosk na lakierze mego samochodu wpływa na kierunek jego jazdy.

Nie ten rząd wielkości energii i wzajemnych oddziaływań.

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
      Zauważyłam sygnał, którego nikt wcześniej nie odnotował, mówi Jackie Villadsen, astronom z Bucknell University. Uczona w czasie weekendu analizowała w domu dane z radioteleskopu Karl G. Jansky Very Large Array gdy wpadła na coś, czego wcześniej nie zauważono. Wraz z Sebastianem Pinedą z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Boulder przystąpiła do dalszej analizy. I okazało się, że sygnał się powtarza.
      Nadchodził on z gwiazdy YZ Ceti, położonej w odległości 12 lat świetlnych od Ziemi. Gwiazda posiada układ planetarny, a najbliższą jej planetą jest YZ Ceti b. Ma ona masę ok. 0,7 masy Ziemi, jej promień to 0,913 promienia Ziemi i okrąża gwiazdę macierzystą w ciągu zaledwie dwóch dni. Emisja sygnału ma miejsce w podobnej fazie obiegu planety, dlatego też Villadsen i Pineda proponują na łamach Nature Astronomy, że do emisji dochodzi w wyniku interakcji pomiędzy planetą a gwiazdą. A konkretnie w wyniku interakcji pomiędzy ich polami magnetycznymi. To zaś oznaczałoby, że skalista YZ Ceti b posiada pole magnetyczne, a to już ma olbrzymie znaczenie dla poszukiwania planet, na których może istnieć życie.
      Nie wystarczy bowiem, że znajdziemy skalistą planetę podobną do Ziemi, która znajduje się w ekosferze swojej gwiazdy, czyli w takiej odległości, na której może istnieć woda w stanie ciekłym. Planeta powinna mieć też atmosferę, a do jej utrzymania i ochronienia przed negatywnym wpływem macierzystej gwiazdy niezbędne jest wystarczająco silne pole magnetyczne. Bez niego oddziaływanie gwiazdy obedrze planetę z atmosfery. Te badania nie tylko pokazują, że ta skalista planeta prawdopodobnie posiada pole magnetyczne, ale również opisują obiecującą metodą znalezienia większej liczby takich planet, mówi Joe Pesce z National Radio Astronomy Observatory.
      Sygnał z pola magnetycznego planety, docierający do nas z odległości kilkunastu lat świetlnych, musi być bardzo silny. Już wcześniej naukowcy wykrywali pola magnetyczne pozasłonecznych olbrzymów wielkości Jowisza. Jednak wykrycie ich w przypadku niewielkich planet rozmiarów Ziemi jest trudne. Praca Villadsen i Pinedy to jednocześnie przepis na wyszukiwanie pól magnetycznych niewielkich planet. Okazuje się bowiem, że gdy taka planeta znajduje się bardzo blisko gwiazdy i posiada pole magnetyczne, to niejako „rzeźbi bruzdy” w polu magnetycznym gwiazdy. I powoduje, że gwiazda emituje jasne promieniowanie w zakresie radiowym.
      Niewielki czerwony karzeł YZ Ceti i jego planeta YZ Ceti b to idealna para do tego typu badań. Planeta jest tak blisko karła, że obiega go w ciągu 2 dni. Dla porównania, obieg Merkurego wokół Słońca to 88 dni. Gdy plazma z YZ Ceti trafia na „magnetyczny pług” planety, dochodzi do jej interakcji z polem magnetycznym samej gwiazdy i wygenerowania sygnału radiowego, tak silnego, że można go zarejestrować na Ziemi. A siła tego sygnału pozwala nam zmierzyć siłę pola magnetycznego YZ Ceti b.
      To dostarcza nam nowych informacji o środowisku wokół gwiazdy, czymś, co nazywamy pozasłoneczną pogodą kosmiczną, dodaje Pineda.
      Jak wiemy z własnego doświadczenia, interakcja pomiędzy plazmą słoneczną i atmosferą Ziemi może doprowadzić do zakłóceń pracy satelitów a nawet urządzeń elektrycznych na samej Ziemi. Te same zjawiska odpowiadają za wspaniałe zorze polarne. Interakcja pomiędzy YZ Ceti b a jej gwiazdą również prowadzi do pojawienia się zorzy, z tą jednak różnicą, że jest to zorza na gwieździe. Tak naprawdę, to obserwujemy zorzę na gwieździe. To ta zarejestrowana emisja radiowa. Jeśli planeta ma atmosferę, to i na niej pojawia się zorza, mówi Pineda.
      Rozwiązanie podane przez Villadsen i Pinedę jest najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem zarejestrowanych sygnałów radiowych. Autorzy badań mówią jednak, że sprawa nie jest ostatecznie rozwiązana. Potrzeba jeszcze sporo pracy, by ostatecznie udowodnić, że ten sygnał radiowy jest powodowany przez planetę, mówi Villadsen. Obecnie uruchamianych jest i planowanych wiele nowych radioteleskopów. Gdy ostatecznie udowodnimy, że za sygnałem stoi pole magnetyczne planety, będziemy mogli bardziej systematycznie badać tego typu zjawiska. Jesteśmy na początku drogi, dodaje Pineda.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Badanie wydarzeń opisanych w Biblii nie jest łatwym zadaniem. Wymaga zarówno analizy starożytnych dokumentów, jak i znalezisk archeologicznych. A wyniki takich prac często są niepewne. Grupa naukowców z Uniwersytetu w Tel Awiwie i Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie wykorzystała dane o ziemskim polu magnetycznym do zweryfikowania i ustalenia chronologii wydarzeń sprzed tysięcy lat. Uczeni skupili się na działaniach wojennych prowadzonych pomiędzy X a VI wiekiem przed Chrystusem, odtwarzając na potrzeby swoich badań zachowanie ziemskiego pola magnetycznego.
      Zarówno z Biblii, jak i z innych bliskowschodnich tekstów, dowiadujemy się o kampaniach wojskowych prowadzonych na południu Lewantu przez Egipcjan, Aramejczyków, Asyryjczyków i Babilończyków. Dzięki badaniom archeologicznym znamy liczne warstwy ze śladami zniszczeń spowodowanych działaniami wojennymi. Niektóre z tych warstw udało się z dużą precyzją datować i powiązać je z wydarzeniami opisanymi w Biblii. Te warstwy posłużyły jako punkty odniesienia. Datowanie innych warstw budzi zaś spory.
      Uczeni z Izraela przeprowadzili prace, których celem było uzgodnienie dat w 20 warstwach zniszczeń. Wykorzystali przy tym dane geomagnetyczne, a ich prace ułatwił fakt, że w tym czasie w badanym regionie dochodziło do licznych anomalii ziemskiego pola magnetycznego. Było ono nawet dwukrotnie bardziej intensywne od dzisiejszego i ulegało częstym zmianom. Takie krótkoterminowe zmiany ułatwiały zaś precyzję datowania.
      Geofizycy, chcąc lepiej zrozumieć współczesne ziemskie pole magnetyczne, badają jego zmiany w czasie. Korzystają przy tym z materiałów archeologicznych zawierających minerały magnetyczne, które po podgrzaniu lub spaleniu utrwalają dane o polu magnetycznym w chwili pożaru.
      Już w 2020 roku zrekonstruowali pole magnetyczne z 9 dnia miesiąca aw 586 roku p.n.e., kiedy to wojska Nabuchodonozora spaliły Pierwszą Świątynię. Teraz zrekonstruowali pole magnetyczne w 20 innych warstwach zniszczeń. Opierając się na podobieństwie bądź różnicy w intensywności i kierunku pola magnetycznego możemy albo potwierdzić, albo odrzucić hipotezę mówiącą, że konkretne miejsce zostało spalone podczas tych samych działań wojennych. Co więcej, stworzyliśmy krzywą zmian intensywności pola magnetycznego w czasie, którą można wykorzystać podobnie jak metodę datowania radiowęglowego, mówi Yav Vanknin z Instytutu Archeologii Uniwersytetu w Tel Awiwie.
      Z Biblii dowiadujemy się, że Chazael, król Aramu, zdobył filistyńskie miasto Gat (2 Krl 12,18). Naukowcy zgadzają się co do tego, że wydarzenie to miało miejsce około 830 roku przed naszą erą. Dane pola magnetycznego z warstwy zniszczeń w Gat w wysokim stopniu zgadzają się z danymi z warstwy IV Tel Rehov, warstwy V Horvat Tevet i warstwy XIII Tel Zayit. To zaś sugeruje, że miejscowości te zostały zniszczone w tej samej aramejskiej kampanii wojskowej.
      Jednocześnie udało się rozwiązać kontrowersję dotyczącą zniszczenia Tel Beth-Shean, ważnego miasta położonego 5 kilometrów od Tel Rehov. Prowadzący tam wykopaliska specjaliści wskazywali, że Beth-Shean zostało zniszczone przez faraona Szeszonka I (bibl. Szyszak) ok. 920 r. p.n.e. albo przez Chazaela pod koniec IX wieku p.n.e. Ostatnio zaczęli wskazywać na tę późniejszą datę. Jednak datowanie archeomagnetyczne Beth-Shean z 95% ufnością wskazuje, że do zniszczeń doszło przed 880 rokiem, a różnica między danymi z Gath, Rehov  IV i Tevet V, a danymi z Beth-Shean wskazują, że pomiędzy zniszczeniami tych miejscowości upłynął jakiś czas.
      Dane z Beth-Shean zgadzają się natomiast z danymi geomagnetycznymi warstwy VII Horvat Tevet i warstwy V Tel Rehov, gdzie w wyniku pożaru zniszczeniu ulegała unikatowa pasieka. Wcześniejsze datowanie radiowęglowe Horvat Tevet i Tel Rehov wskazuje, że do pożarów doszło tam pod koniec X lub na początku IX wieku przed Chrystusem. Zatem zniszczenia w Beth-Shean miały miejsce w tym samym czasie. To zaś uprawdopodabnia hipotezę, że miasta padły ofiarą wojsk Szoszenka I. O jego kampanii wspomina Biblia oraz relief z Karnaku, na którym Rehov i Beth-Shean są przedstawione jako jeńcy wojenni.
      Ze źródeł biblijnych i asyryjskich wiemy, że w latach 733–732 p.n.e. król Asyrii Tiglat-Pileser III podbił północną część Królestwa Izraela. W czasie tej kampanii zniszczone zostały Bethsaida i Tel Kinnerot. Badania archeomagnetyczne potwierdziły, że do ich zniszczenia doszło w krótkim czasie. Z kolei w roku 701 p.n.e. inny władca Asyrii, Sennacheryb, podjął kolejną wyprawę. Biblia kilkukrotnie wspomina o zniszczonym wówczas Tel Lachish (warstwa III), co znajduje potwierdzenie w danych archeologicznych oraz asyryjskich reliefach. Według źródeł pisanych Asyryjczycy zniszczyli wówczas wiele innych miejscowości, jednak żadnego z nich dotychczas nie zidentyfikowano. Teraz uczeni z Tel Awiwu i Jerozolimy odkryli, że w tym samym czasie zniszczeniu uległy Tel Beersheba, Tel Zayit oraz Tell Beit Mirsim.
      Gdy z Lewantu wycofali się Asyryjczycy, region ten kilkukrotnie był najeżdżany przez Babilończyków Nabuchodonozora II. Naukowcy sprzeczają się o datę zniszczenia filistyńskiego Ekron, ale zgadzają się, że miało ono miejsce podczas jednej z babilońskich kampanii pomiędzy rokiem 604 a 598 p.Chr. Ostatnio pojawiły się sugestie, że Ekron mogło zostać spalone w pamiętym 586 roku p.n.e. Wtedy to Babilończycy zniszczyli Jerozolimę i Pierwszą Świątynie, a wraz z nimi zakończyła się historia Królestwa Judy. Najnowsze badania pokazały jednak, ze dane pola magnetycznego ze zniszczonej Jerozolimy nie są zgodne z danymi z Ekron. Dane z Ekron zgadzają się zaś z danymi z Batash, a oba zestawy wskazują, że oba miasta spłonęły około 600 roku, co uprawdopodabnia początkowe datowanie mówiące o roku 604 p.n.e.
      W tym kontekście interesująco wyglądają dane archeomagnetyczne z położonego na południe od Jerozolimy Tel Malhata. Z danych wynika, że miejscowość ta została zniszczona później od Jerozolimy. To zaś wskazuje, że armia Nabuchodonozora II była skoncentrowana na stolicy i nie interesował jej podbój innych terenów. Upadek Jerozolimy oznaczał koniec Królestwa Judy, a jego wschodnie i południowe peryferia zaczęły podupadać, w końcu zaś zostały zniszczone prawdopodobnie przed Edomitów lub innych nomadów. O rozpadającym się Królestwie Judy i zagrażającym mu Edomitach dowiadujemy się z Biblii i kilku ostrakonów.
      Izraelscy badacze podkreślają, że ich krzywa intensywności pola magnetycznego może być bardzo użytecznym narzędziem do określania chronologii, szczególnie tam, gdzie datowanie radiowęglowe napotyka na ograniczenia. Aramejskie, asyryjskie i babilońskie kampanie wojenne miały miejsce w czasie, gdy pole magnetyczne miało wysoką intensywność i są dobrze oddzielone przez minima tego pola. To zaś może być użyteczne podczas datowania ważnego okresu w historii Lewantu, stwierdzają naukowcy.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Po raz pierwszy wykazano, że u pszczoły miodnej wystawionej na kontakt z nowoczesnymi pestycydami – sulfoxaflorem i imidakloprydem – dochodzi do uszkodzenia funkcji optomotorycznych, przez co zwierzę nie jest w stanie utrzymać ruchu w linii prostej. Dochodzi przy tym do uszkodzenia komórek mózgu oraz deregulacji genów odpowiadających za oczyszczanie organizmu z toksyn. To już kolejne dowody wskazujące, że te szeroko stosowane środki chemiczne są wysoce szkodliwe dla pożytecznych dla nas owadów, jak pszczoły.
      Jeśli człowiek, nie będący pod wpływem alkoholu czy środków odurzających, nagle utraci zdolność do pewnego poruszania się po linii prostej, może to wskazywać na uszkodzenia ośrodkowego układu nerwowego. Dokładnie takie same problemy ma pszczoła z uszkodzonym układem nerwowym.
      Wykazaliśmy, że insektycydy takie jak sulfoxaflor i imidaklopryd głęboko upośledzają zachowania pszczół opierające się na wskazówkach wzrokowych. To bardzo poważny problem, gdyż  odpowiednia reakcja na bodźce wzrokowe jest dla pszczół kluczowa dla nawigowania i przetrwania, mówi główna autorka badań doktor Rachel H. Parkinson z Uniwersytetu Oksfordzkiego.
      Organizacja Narodów Zjednoczonych ds. Wyżywienia i Rolnictwa (FAO), WHO, liczni naukowcy i organizacje pszczelarskie od dawana alarmują, że środki chemiczne z grupy neonikotynoidów są szkodliwe dla pszczół i innych zapylaczy. Mimo to są dopuszczone przez UE i szeroko stosowane w rolnictwie.
      Owady posiadają wrodzoną, opartą na sygnałach optycznych, zdolność do powrotu na prostą trasę po której się poruszały, czy to idąc czy lecąc. Parkinson i jej zespół przeprowadzili serię eksperymentów, podczas których idącym pszczołom wyświetlano m.in. obrazy sugerujące, że zostały zdmuchnięte z kursu i muszą dokonać jego korekty. Uczeni porównali zdolności optomotoryczne czterech grup dzikich pszczół. W każdej z grup znajdowało się od 22 do 28 zwierząt. Każdej z grup przez 5 dni podawano do picia roztwór cukru. W przypadku jednej z nich był on czysty, druga grupa otrzymała roztwór zanieczyszczony 50 ppb (części na miliard) imidaklopridem, trzecia miała roztwór zanieczyszczony 50 ppb sulfoxaflorem, a roztwór ostatniej zanieczyszczono 25 ppb imidaklopridem i 25 ppb sulfoxaflorem.
      W każdym eksperymencie pszczoły, które piły zanieczyszczone roztwory, wypadły znacznie gorzej, niż zwierzęta nie mające kontaktu z chemikaliami. Pszczoły takie np. gwałtownie zmieniały kierunek marszu tylko w jedną stronę, a nie reagowały na konieczność zmiany w drugą, lub też w ogóle nie reagowały na sygnały świadczące, że muszą skorygować kurs.
      Badacze wykazali też, że w mózgach pszczół poddanych działaniu chemikaliów w częściach odpowiedzialnych za przetwarzanie sygnałów wizualnych było więcej martwych komórek niż w mózgach zwierząt z grupy kontrolnej. Ponadto doszło też do rozregulowania genów odpowiedzialnych za oczyszczanie organizmu z toksyn. Jednak ten efekt był dość słaby i zależał od konkretnej pszczoły, więc jest mało prawdopodobne, by samo rozregulowanie genów odpowiadało za problemy z przetwarzaniem sygnałów wzrokowych.
      Żeby lepiej zrozumieć ryzyko, jakie dla pszczół stwarzają insektycydy, musimy zbadać, czy efekty takie zaobserwujemy też podczas lotu. Jeśli u pszczół pojawiają się takie same problemy w czasie lotu, może mieć to negatywne skutki dla ich zdolności do nawigowania, odżywiania się i zapylania roślin, mówi Parkinson.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Gwiazdy neutronowe są źródłem najpotężniejszych pól magnetycznych we wszechświecie. Naukowcy z Chińskiej Akademii Nauk donieśli właśnie, że satelita Insight-HXMT zaobserwował gwiazdę o najpotężniejszej indukcji magnetycznej na powierzchni. Z pomiarów wynika, że indukcja na powierzchni gwiazdy znajdującej się w układzie podwójnym Swift J0243.6+6124 wynosi gigantyczne 1,6 miliarda tesli. Dotychczasowy rekord, zmierzony w 2020 roku, wynosił 1 miliard tesli.
      O tym, o jak olbrzymich wartościach mówimy niech świadczy fakt, że indukcja potężnych magnesów wykorzystywanych w akceleratorach cząstek czy reaktorach fuzyjnych wynosi kilkanaście tesli. A indukcja pola magnetycznego na powierzchni Ziemi to... 0,000065 tesli. Indukcja magnetyczna Swift J0243.6+6124 jest więc 24 biliony razy większa.
      Wspomniany układ podwójny składa się z gwiazdy neutronowej oraz jej towarzysza. Potężna grawitacja gwiazdy neutronowej wyciąga z jej towarzysza gaz, który opada na gwiazdę neutronową, tworząc wokół dysk akrecyjny. Plazma z dysku akrecyjnego opada wzdłuż linii pola magnetycznego na powierzchnię gwiazdy, podążając do biegunów magnetycznych, gdzie wywołuje silne promieniowanie rentgenowskie emitowane w wąskich wiązkach wzdłuż biegunów magnetycznych. Jako że gwiazda się obraca, obserwator widzi pulsujące promieniowanie magnetyczne, stąd taki układ nazywa się pulsarem rentgenowskim.
      Z wielu badań wiemy, że energia absorpcji linii promieniowania rentgenowskiego z takiego pulsara odpowiada indukcji magnetycznej na powierzchni gwiazdy neutronowej. Dzięki temu możemy mierzyć tę indukcję badając promieniowanie emitowane przez gwiazdę.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W projektach związanych z syntezą termojądrową konieczne jest wykorzystanie materiałów odpornych na wysokie temperatury i uszkodzenia radiacyjne. Obiecujące pod tym względem są materiały bazujące na węglu, zwłaszcza nanorurki węglowe i grafen. Naukowcy z Zakładu Badań Reaktorowych NCBJ brali udział w badaniach odporności detektorów grafenowych na wysokie strumienie neutronów.

      Reaktory termojądrowe, takie jak powstające obecnie w Cadarache we Francji urządzenie badawcze ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), czy powstający w Hiszpanii jego następca – DEMO (Demonstration Power Plant), wykorzystują silne pole magnetyczne do uwięzienia plazmy, w której zachodzą reakcje syntezy lekkich jąder atomowych. By umożliwić efektywne zachodzenie reakcji syntezy, plazmę należy podgrzać do temperatury dziesiątek milionów stopni Celsjusza. Aby zapewnić stabilne działanie urządzenia, konieczna jest precyzyjna diagnostyka pola magnetycznego. Ze względu na działające na znajdującą się we wnętrzu reaktora elektronikę warunki, takie jak wysoka temperatura (rzędu kilkuset °C) czy silne promieniowanie neutronowe, większość komercyjnie dostępnych półprzewodnikowych czujników pola magnetycznego nie jest w stanie pracować w takich układach. Z tego powodu prowadzone są badania nad detektorami metalowymi, opartymi o chrom czy bizmut. Niestety, detektory oparte o nie mają niską czułość i duży przekrój czynny na oddziaływanie z neutronami.
      Interesującą alternatywą wydają się być detektory wykonane w technologii kwaziswobodnego grafenu epitaksjalnego na węgliku krzemu. Warstwy grafenu mogą być formowane w bardzo czułe sensory efektu Halla: jeżeli przewodnik, przez który płynie prąd elektryczny, znajduje się w polu magnetycznym, pojawia się w nim różnica potencjałów – tzw. napięcie Halla, które może posłużyć do pomiaru pola magnetycznego. Zbadana została już odporność grafenu na promieniowanie. Badania przeprowadzono wykorzystując zarówno wiązki jonów, protonów, jak i elektronów, i nie wykryto istotnych zmian właściwości napromienionych próbek. Przewidywania teoretyczne sugerują, że podobnie grafen reaguje na promieniowanie neutronowe, jednak nigdy wcześniej nie zostało to bezpośrednio potwierdzone eksperymentalnie.
      W pracy, która ukazała się na łamach czasopisma Applied Surface Science, zbadano wpływ prędkich neutronów na układ detektora opartego na grafenie. Instytut Mikroelektroniki i Fotoniki (IMiF) funkcjonujący w Sieci Badawczej Łukasiewicz wytworzył strukturę składającą się z grafenu na wysyconej atomami wodoru powierzchni węglika krzemu 4H-SiC(0001). Całość pokryto dielektryczną pasywacją z tlenku glinu, stanowiącą zabezpieczenie środowiskowe warstwy aktywnej detektora – mówi dr inż. Tymoteusz Ciuk, kierujący pracami w Łukasiewicz-IMiF. Tak przygotowany układ został następnie poddany napromienieniu neutronami prędkimi wewnątrz rdzenia reaktora MARIA w NCBJ.
      Zamontowana w rdzeniu reaktora MARIA unikatowa instalacja do napromieniania neutronami prędkimi pozwala nam przeprowadzać badania materiałów, bądź podzespołów przewidywanych do wykorzystania w układach termojądrowych, w których także są generowane prędkie neutrony – opowiada dr inż. Rafał Prokopowicz, kierownik Zakładu Badań Reaktorowych NCBJ, współautor pracy. W przypadku badań nad strukturami detekcyjnymi z grafenu, próbki napromienialiśmy przez ponad 120 godzin neutronami prędkimi o fluencji rzędu 1017 cm–2, by oddać warunki, na jakie narażona jest elektronika w instalacjach termojądrowych – dodaje mgr Maciej Ziemba z Zakładu Badań Reaktorowych. „Aby zapewnić bezpieczeństwo badań, testy podzespołów wykonano, gdy aktywność próbek nie stanowiła już zagrożenia, czyli po kilku miesiącach od napromienienia”.
      Zarówno przed napromienieniem, jak i po napromienieniu próbek, w Instytucie Fizyki Politechniki Poznańskiej dokładnie zbadano ich strukturę i właściwości elektryczne. Wykorzystano do tego spektroskopię Ramana, badania efektu Halla, jak również wielkoskalowe modelowanie z użyciem teorii funkcjonału gęstości (DFT – density functional theory). Dodatkowo, naukowcy z Politechniki Poznańskiej przeprowadzili charakteryzację napromienionych struktur po ich wygrzewaniu w temperaturze od 100 do 350°C, by zbadać działanie temperatury, w połączeniu z wpływem prędkich neutronów, na właściwości elektryczne. Dzięki testom wykryto na przykład, że z powodu promieniowania, w materiale pojawia się zależność właściwości elektrycznych od temperatury, która nie występowała przed umieszczeniem próbek w strumieniu neutronów – wyjaśnia dr inż. Semir El-Ahmar, kierujący badaniami na Politechnice Poznańskiej. Co więcej, promieniowanie neutronowe powoduje zmniejszenie gęstości nośników ładunku w badanej strukturze. Okazuje się jednak, że odpowiada za to warstwa wodoru, a więc napromienienie jedynie w umiarkowanym stopniu wpływa na strukturę i właściwości grafenu.
      Na podstawie charakteryzacji właściwości badanych struktur przed napromienieniem i po ich napromienieniu, oceniono odporność grafenu na promieniowanie neutronowe jako bardzo dobrą. Gęstość uszkodzeń radiacyjnych była 7 rzędów wielkości mniejsza, niż wartość strumienia neutronów, co oznacza dość niski przekrój czynny grafenu na oddziaływanie z neutronami prędkimi. Mimo, iż wystąpiły uszkodzenia struktury spowodowane promieniowaniem, to w porównaniu z detektorami bazującymi na metalach, czułość układu z grafenem na pole magnetyczne pozostaje kilka rzędów wielkości większa – podsumowuje wyniki dr El-Ahmar. Dodatkowo, okazało się, że duża część uszkodzeń była związana nie z samymi warstwami grafenu, a z warstwą wodoru, która z kolei przy temperaturach powyżej 200°C, jakie będą panować w instalacjach takich jak DEMO, wykazuje wręcz pewien potencjał samo-naprawczy. Z uwagi na to, grafenowe detektory pola magnetycznego mogą stanowić obiecujące struktury do wykorzystania w reaktorach termojądrowych.
      Nad zastosowaniem grafenu jako bazy przy detekcji pola magnetycznego w instalacjach termojądrowych prowadzone będą dalsze badania. Naukowcy rozważają wykorzystanie innego typu podłoża – np. 6H-SiC(0001), na którym formowana struktura może być bardziej odporna na promieniowanie neutronowe. Rozważane jest też zastąpienie warstwy wodoru buforową warstwą atomów węgla.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...