Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Grafen jako detektor pola magnetycznego w reaktorach termojądrowych
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
W przeszłości Mars posiadał silne pole magnetyczne. Obecnie pozostały po nim ślady w marsjańskich skałach. Są to jednak ślady nietypowe. Sondy Mars Global Surveyor już w 1999 roku zauważyła, że skały na południowej półkuli Marsa są noszą ślady silnego oddziaływania pola magnetycznego. Na półkuli północnej tak silnych sygnałów nie zauważono. Zjawisko to od dawna zastanawiało naukowców. Teraz uczeni z Instytutu Geofizyki University of Texas zaproponowali rozwiązanie zagadki.
Ostatnie pomiary wykonane przez misję InSight pokazują, że jądro Marsa jest mniej gęste niż sądzono. To wskazuje, że Mars prawdopodobnie nigdy nie miał stałego jądra, czytamy na łamach Geophysical Research Letters. Zespół Chi Yana opisał wyniki swoich symulacji komputerowych, z których wynika, że całkowicie płynne jądro, bez części z ciała stałego, dobrze wyjaśnia widoczną różnicę w zapisie oddziaływania pola magnetycznego na różnych półkulach. Jeśli nie ma sztywnego wewnętrznego jądra, ze znacznie większą łatwością powstaje pole magnetyczne obejmujące tylko jedną półkulę. To zaś mogło mieć wpływ zarówno na działanie pola magnetycznego Marsa oraz jego możliwość utrzymania atmosfery, wyjaśnia Yan.
Dotychczas większość badaczy zakładała, że jądro Marsa jest podobne do ziemskiego i składa się ze stałego jądra wewnętrznego oraz otaczającego je płynnego jądra zewnętrznego. Badania misji InSight pokazały, że jądro Marsa składa się z lżejszych pierwiastków niż się spodziewano. To zaś oznacza, że jego temperatura topnienia jest inna niż temperatura topnienia jądra Ziemi i prawdopodobnie jest ono całkowicie płynne. Jeśli zaś jądro Czerwonej Planety jest płynne obecnie, to niemal na pewno było płynne 4 miliardy lat temu, gdy Mars posiadał silne pole magnetyczne, wyjaśnia profesor Sabine Stanley z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa.
Uczeni postanowili przetestować tę hipotezę i stworzyli model, który symulował całkowicie płynne jądro Marsa. Uruchomili go kilkanaście razy, za każdym tak ustawiając parametry symulacji, by płaszcz planety na półkuli północnej był nieco cieplejszy niż na półkuli południowej. Okazało się, że przy pewnej różnicy temperatur ciepło uciekające z jądra było uwalniane tylko przez chłodniejszą półkulę południową, co powodowało pojawienie się na niej silnego pola magnetycznego. Nie wiemy, czy to wyjaśnia historię pola magnetycznego Marsa, ale niezwykle ekscytujące jest samo stwierdzenie, że na planecie może istnieć pole magnetyczne obejmujące tylko jej część, a struktura symulowanego jądra pasuje do badań przeprowadzonych przez InSight, mówi Stanley.
Zdaniem naukowców, ich badania to przekonująca alternatywa dla hipotezy mówiącej, że ślady działania pola magnetycznego na półkuli północnej zostały zniszczone przez uderzenia asteroid.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Na łamach Physical Review Research ukazał się artykuł, którego autorzy informują o skonstruowaniu urządzenia generującego energię elektryczną z... ruchu obrotowego Ziemi. Christopher F. Chyba (Princeton University), Kevin P. Hand (Jet Propulsion Laboratory) oraz Thomas H. Chyba (Spectral Sensor Solutions) postanowili przetestować hipotezę, zgodnie z którą energię elektryczną można generować z ruchu obrotowego Ziemi za pomocą specjalnego urządzenia wchodzącego w interakcje z ziemskim polem magnetycznym.
W 2016 roku Christopher Chyba i Kevin Hand opublikowali na łamach Physical Review Applied artykuł, w którym rozważali możliwość użycia ruchu obrotowego Ziemi i jej pola magnetycznego do generowania energii elektrycznej. Artykuł został skrytykowany, gdyż obowiązując teorie wskazywały, że każde napięcie elektryczne wygenerowane w takiej sytuacji zostanie zniwelowane wskutek przemieszczenia się elektronów podczas tworzenia pola elektrycznego.
Naukowcy zaczęli więc szukać sposobów na uniknięcie niwelacji napięcia. Żeby sprawdzić swoje pomysły stworzyli urządzenie złożone z cylindra z ferrytu manganowo-cynkowego, który działał jak osłona magnetyczna. Cylinder umieścili na linii północ-południe pod kątem 57 stopni. W ten sposób był on zorientowany prostopadle do ruchu obrotowego planety i ziemskiego pola magnetycznego. Na obu końca cylindra umieścili elektrody. Pomiary wykazały, że w ten sposób wygenerowali napięcie elektryczne rzędu 18 mikrowoltów, którego nie byli w stanie przypisać do żadnego innego źródła, niż ruch obrotowy Ziemi.
Eksperyment odbywał się w ciemności, by uniknąć efektu fotoelektrycznego, uczeni wzięli pod uwagę napięcie, jakie mogło się pojawić w wyniku różnicy temperatur pomiędzy oboma końcami cylindra. Zauważyli też, że napięcie – zgodnie z przewidywaniami – nie pojawia się przy innych ustawiniach cylindra. Takie same wyniki uzyskano podczas badań w innej lokalizacji o podobnym środowisku geomagnetycznym.
Eksperyment nie został jeszcze powtórzony przez inne zespoły badawcze, które mogłyby sprawdzić, czy zmierzone napięcie nie jest wynikiem zjawiska, którego trzej naukowcy nie wzięli pod uwagę. Autorzy badań stwierdzają, że jeśli uzyskane przez nich wyniki zostaną potwierdzone, warto będzie rozpocząć prace nad zwiększeniem uzyskiwanego napięcia do bardziej użytecznego poziomu.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
W Instytucie Inteligentnych Systemów im. Maxa Plancka naukowcy stworzyli miniaturowe roboty – pokryli jednokomórkowe glony materiałem magnetycznym. Następnie sprawdzili, czy są one w stanie poruszać się w wąskich przestrzeniach i w płynach o takiej lepkości, jak płyny w ludzkim organizmie. Wyniki badań opublikowali zaś w piśmie Matter.
Niewielkie, 10-mikrometrowe glony, są świetnymi pływakami. Poruszają się za pomocą dwóch wici z przodu. Naukowcy z Niemiec postanowili sprawdzić, czy miniaturowe rozmiary i umiejętności pływania można będzie wykorzystać. Pokryli więc glony naturalnym polimerem chitosanem wymieszanym z magnetycznymi nanocząstkami. Nie wiedzieli jednak, czy po takich zabiegach glony nadal będą zdolne do pływania.
Okazało się, że dodatkowe obciążenie w niewielkim stopniu wpłynęło na ruchy glonów. Nadal potrafiły się poruszać z imponująca prędkością 115 mikrometrów na sekundę. Zatem w ciągu jednej sekundy przebywały długość równą niemal 12 długościom swojego ciała. Człowiek nie może się z nimi równać. Najlepsi pływacy wśród H. sapiens w ciągu sekundy przebywają odległość nieco większą niż 1 długość ich ciała.
Po co jednak komu glony pokryte magnetycznymi nanocząstkami? Autorzy badań chcą wykorzystać je do dostarczania leków w wyznaczone miejsce w organizmie. Magnetyczne nanocząstki pozwolą sterować ruchem alg.
Podczas badań nakładanie powłoki na glony trwało kilka minut, a skuteczność metody wynosiła 90%. Następnie algi testowano pod kątem zdolności pływania w wodzie w ciasnym labiryncie. Ruchami glonów kierowano za pomocą magnesów. Gdy testy wypadły pomyślnie, zwiększono lepkość płynu i znowu wpuszczono doń glony. Chcieliśmy sprawdzić, jak nasi pływacy sprawują się w płynie o gęstości śluzu. Odkryliśmy, że lepkość wpływa na ich zdolność poruszania się. Im była większa, tym wolniej się poruszały, zmieniał się też ich sposób ruchu. Po przyłożeniu pola magnetycznego, glony zaczęły drgać, pływając zygzakiem. To pokazuje, jak ważne dla optymalizacji pracy mikrorobotów jest odpowiednie dobranie pola magnetycznego do lepkości środowiska, mówi doktorantka Saadet Baltaci.
Chcemy wykorzystać mikroroboty w złożonych ciasnych środowiskach, takich jak ludzkie tkanki. Nasze badania dają możliwość zastosowania ich do dostarczania leków, zapewniając biokompatybilne rozwiązanie o dużym potencjale rozwojowym w przyszłości, stwierdzają autorzy badań.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z amerykańskich Ames National Laboratory i Iowa State University stoją na czele konsorcjum, które pracuje nad nowymi materiałami dla reaktorów fuzyjnych. Stworzenie odpowiednich materiałów to niezbędny krok, które mają umożliwić komercyjne wykorzystywanie energii z fuzji jądrowej. Badania prowadzone są w ramach programu CHADWICK (Creating Hardened And Durable fusion first Wall Incorporating Centralized Knowledge) ogłoszonego niedawno przez Advanced Research Projects Agency–Energy (ARPA-E).
Celem agencji jest promocja i finansowanie zaawansowanych badań nad technologiami pozyskiwania energii. Przed 2 miesiącami ARPA-E ogłosiła warty 30 milionów USD program CHADWICK, do którego zakwalifikowało się 13 projektów.
Jedną z głównych trudności w pozyskiwaniu energii w procesie fuzji jądrowej jest odpowiednie uwięzienie plazmy, w której odbywa się reakcja. Uwięziona plazma jest jak miniaturowe Słońce zamknięte w pojemniku, który musi wytrzymać oddziaływanie niezwykle wysokiej temperatury, silne promieniowanie i pola magnetyczne, a jednocześnie efektywnie przekazywać ciepło, które jest zamieniane w elektryczność.
Projekt CHADWICK skupia się na pierwszej ścianie reaktora, tej, która otacza plazmę uwięzioną za pomocą silnego pola magnetycznego. Pierwsza ściana składa się z dwóch warstw materiału. Ta wewnętrzna jest blisko plazmy, zewnętrzna pomaga przekazać energię do innych części reaktora.
Pierwsza warstwa musi być wytrzymała, odporna na pęknięcia i erozję. Nie może też być przez długi czas radioaktywna, by po wyłączeniu reaktora można było bezpiecznie przeprowadzić prace w jego wnętrzu. Nicolas Arbigay z Ames National Laboratory kieruje pracami nad udoskonaleniem pierwszej warstwy.
Głównym materiałem, jaki badamy, jest wolfram. Nie licząc węgla, a właściwie jego niektórych form – jak diament – ma on najwyższą temperaturę topnienia ze wszystkich pierwiastków, stwierdził uczony.
Jego laboratorium kupiło ostatnio specjalną platformę do wytwarzania i testowania nowych materiałów. Możemy robić proszki i odlewy różnych stopów, w tym czystego wolframu, wyjaśnia Argibay i dodaje, że w ciągu kilku najbliższych miesięcy laboratorium wzbogaci się w nowe urządzenia, które pozwolą na uzyskiwanie materiałów również w ilości wystarczającej do prowadzenia programów pilotażowych.
Ames Lab zainwestowało też w rzadki system pozwalający na badanie materiałów ogniotrwałych w temperaturze znacznie powyżej 1000 stopni Celsjusza i posiada jedyny w USA komercyjny system testowania takich materiałów w temperaturze do 1500 stopni. To niezwykle ważny element prac nad pierwszą ścianą reaktora fuzyjnego.
Materiał pierwszej ściany jest tym, co utrzymuje całość. Musi być wytrzymały. W ścianie muszą być zintegrowane różne elementy, jak kanały chłodzące, pozwalające na pozyskiwanie ciepła, wyjaśnia Jordan Tiarks. Pracuje on nad kolejnym aspektem reaktora fuzyjnego. Tiarks specjalizuje się w stalach ODS (stale dyspersyjnie umacniane tlenkami) przyszłej generacji. Stale ODS są wzbogacone ceramicznymi nanocząstkami, co poprawia ich właściwości mechaniczne i pozwala przetrwać wysokie promieniowanie. To, czego się dotychczas nauczyliśmy, chcemy wykorzystać do stworzenia nowego materiału, stopu bazującego na wanadzie, który będzie dobrze sprawdzał się w reaktorach fuzyjnych, mówi Tiarks.
Problem w tym, że wanad zachowuje się inaczej niż stal. Ma znacznie wyższą temperaturę topnienia i jest bardziej reaktywny. Nie można go łączyć z ceramiką, więc zespół Tiarksa szuka innych sposobów na tworzenie stopów wanadu. Wykorzystujemy gaz pod wysokim ciśnieniem, by rozbić roztopiony materiał na niewielkie kropelki, które gwałtownie schładzamy i uzyskujemy proszek. Tutaj nie możemy użyć żadnej ceramiki, stwierdza uczony. Dodatkowym problemem jest reaktywność wanadu. Już same proszki są bardzo reaktywne. Jeśli tworzymy z nich aerozol, mogą eksplodować. Na szczęście duża część metali tworzy cienką warstwę tlenu na takich cząstkach, która zapobiega kolejnym reakcjom. Ta warstewka chroni resztę cząstki przed dalszym utlenianiem się. Znaczna część prowadzonych przez nas badań polega na opracowaniu metod zapobiegania gwałtownym reakcjom. Jest to konieczne, by bezpiecznie używać proszku. Jednocześnie zaś nie możemy zbytnio ich utlenić, bo to negatywnie wpłynie na ich właściwości. Opracowanie odpowiednich metod przetwarzania sproszkowanych materiałów opartych na wanadzie pozwoli lepiej kontrolować strukturę drugiej warstwy pierwszej ściany reaktora.
Gdy już odpowiedni materiał zostanie uzyskany, jego testowaniem zajmie się zespół profesora Sida Pathaka z Iowa State University. Uczeni nałożą proszek na odpowiednie powierzchnie i będą badali przede wszystkim odporność tak stworzonych paneli na silne promieniowanie reaktora fuzyjnego. Uważają, że nowy materiał będzie bardziej odporny niż dotychczas używane. Jednak, jak zauważa uczony, negatywne skutki promieniowania ujawniają się w materiale ścian reaktora po 10-20 latach. Projekt badawczy będzie trwał 3 lata, więc nie jest możliwe odtworzenie odpowiednich warunków. Dlatego badania będą prowadzone w Ion Beam Laboratory, gdzie materiał będzie bombardowany za pomocą jonów, a nie neutronów, jakby to miało miejsce w reaktorze. Dodatkową zaletą jest fakt, że materiał potraktowany jonami nie będzie radioaktywny, co ułatwi badania. Z kolei negatywną stroną użycia jonów jest bardzo płytka penetracja. Uszkodzenia materiału pojawią się na głębokości 1-2 mikrometrów, więc ich badanie będzie wymagało użycia wyspecjalizowanych narzędzi.
Opracowanie komercyjnej fuzji jądrowej stawia przed nami jedne z największych wyzwań technologicznych naszych czasów, jednocześnie jednak niesie ze sobą obietnicę olbrzymich korzyści, w postaci nieograniczonego źródła czystej energii, podsumowuje Tiarks.
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.
« powrót do artykułu -
przez 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
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.