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
Na University of Queensland (UQ) prowadzone są eksperymenty nad wykorzystaniem pól magnetycznych do ochrony wchodzących w atmosferę pojazdów kosmicznych przed nadmierną temperaturą i przeciążeniami. Kluczowym elementem eksperymentów będzie zbadanie deformacji pól magnetycznych w kontakcie z gorącą plazmą. Ich celem jest zaś opracowanie technologii, która pozwoli na budowę bardziej bezpiecznych, lżejszych ich tańszych pojazdów kosmicznych.
Pojazdy kosmiczne wchodzące w atmosferę Ziemi pędzą z prędkością około 30 tys. km/h. Powietrze wokół nich staje się tak gorące, że zamienia się plazmę. Przed spłonięciem pojazdy chronione są za pomocą osłon termicznych. Celem profesora Gildfinda z UQ jest odepchnięcie tej plazmy od pojazdu za pomocą pól magnetycznych generowanych przez nadprzewodzące magnesy. To powinno znacząco zmniejszyć temperatury, jakich doświadcza pojazd wchodzący w atmosferę czy to Ziemi czy Marsa. Tym samym powrót taki będzie bezpieczniejszy, osłony termicznie nie będą musiały być tak potężne jak obecnie, pojazd stanie się więc lżejszy i tańszy. Podobnie jak cała misja związana z jego wystrzeleniem.
Dodatkową korzyścią z wykorzystania pól magnetycznych jest fakt, że gdy wywierają one nacisk na plazmę, plazma odpowiada tym samym. Pojawia się siła, która dodatkowo spowalnia opadający na planetę pojazd. W ten sposób mamy dodatkowy element hamujący. Pojawia się on wcześniej i spowolni pojazd jeszcze zanim otaczająca go kula ognia osiągnie maksymalną intensywność, a przeciążenia staną się trudne do zniesienia. A obniżenie temperatury powierzchni pojazdu oznacza, że osłony termiczne mogą być lżejsze, bez narażania na szwank bezpieczeństwa, wyjaśnia uczony.
Gildfind i jego zespół prowadzą eksperymenty w Centre for Hypersonics University of Queensland, jednym z najważniejszych środków badań nad prędkościami hipersonicznymi, definiowanymi jako prędkości co najmniej 5-krotnie większe od prędkości dźwięku. Dotychczas prowadzono niewiele badań nad deformacją pól magnetycznych przez plazmę utworzoną wokół szybko poruszającego się obiektu. Natomiast zupełnie nic nie wiadomo na temat tego, jak taka technologia sprawdziłaby się w przypadku obiektu wielkości pojazdu kosmicznego. Modele i analizy pokazują, że powinien być to znaczny efekt, ale dopóki tego nie przetestujemy, nie będziemy pewni, stwierdza uczony.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy od dziesięcioleci zastanawiają się, co się stało z polem magnetycznym Księżyca. Na jego istnienie w przeszłości wskazują bowiem przywiezione ze Srebrnego Globu próbki skał, wskazujące, że w przeszłości były one poddane działaniu silnego pola magnetycznego. Zaś obecnie Księżyc nie posiada globalnego pola magnetycznego. Co się więc stało z polem zarejestrowanym w skałach? Naukowcy z MIT uważają, że rozwiązali tę zagadkę.
Na łamach Science Advances opisali wyniki badań, w ramach których symulowali uderzenie w Księżyc dużego obiektu, jak asteroida. Symulacje wykazały, że w wyniku takiego zdarzenia mogła pojawić się chmura plazmy, która na krótko objęła Księżyc. Plazma taka przepłynęłaby wokół ziemskiego satelity i zgromadziła się po przeciwnej stronie do miejsca uderzania. Tam weszłaby w interakcje ze słabym polem magnetycznym Księżyca, na krótko je wzmacniając. Skały znajdujące się w miejscu nagromadzenia plazmy, zarejestrowałby ten magnetyzm.
Taka sekwencja wydarzeń wyjaśnia obecność wysoce namagnetyzowanych skał w regionie w pobliżu bieguna południowego, po niewidocznej z Ziemi stronie Księżyca. Zaś dokładnie po przeciwnej stronie od tego obszaru znajduje się Mare Imbrium, jeden z największych kraterów uderzeniowych. Badacze uważają, że to, co go utworzyło, doprowadziło też do powstania plazmy z ich symulacji.
Zagadkową obecność na Księżycu skał z zapisem silnego pola magnetycznego zauważono w latach 60. i 70. gdy misje Apollo przywiozły próbki. Pozostałości magnetyzmu, szczególnie po niewidocznej stronie Srebrnego Globu, potwierdziły też satelity. Jedna z hipotez mówi, że w przeszłości niewielkie jądro Księżyca generowało słabe pole magnetyczne. Jednak nie wyjaśnia ona, dlaczego w skałach, i to głównie po jednej stronie, pozostał zapis tak silnego magnetyzmu. Alternatywna hipoteza mówi o wielkim uderzeniu, w wyniku którego powstała chmura plazmy.
W 2020 roku współautorzy obecnych badań, Rona Oran i Benjamin Weiss, sprawdzili, czy takie uderzenie mogło na tyle wzmocnić słoneczne pole magnetyczne wokół Księżyca, by pozostał zapis w skałach. Okazało się, że nie mogło, co wydawało się wykluczać ten scenariusz.
Na potrzeby obecnych badań uczeni przyjęli inne kryteria. Założyli, że Księżyc posiadał w przeszłości dynamo magnetyczne. Biorąc pod uwagę rozmiary księżycowego jądra pole to musiało być słabe. Oszacowano je na 1 mikroteslę, czyli 50-krotnie mniej niż pole magnetyczne Ziemi. Następnie za pomocą jednego narzędzia przeprowadzili symulację uderzenia oraz powstałej plazmy, drugie zaś narzędzie pokazało, w jaki sposób taka plazma by się przemieszczała i wchodziła w interakcje z polem magnetycznym Księżyca. Wynika z nich, że doszłoby do utworzenia się i przepływu plazmy oraz wzmocnienia pola magnetycznego, ale byłby to proces bardzo szybki. Od momentu wzmocnienia pola do chwili jego powrotu do wartości początkowej minęłoby zaledwie 40 minut.
Postało więc pytanie, czy tak krótkie oddziaływanie pola pozostawiłoby zapis w skałach. Okazuje się, że tak, za pomocą dodatkowego zjawiska. Z badań wynika, że tak duże uderzenie, jakie utworzyło Mare Imbrium, spowodowałoby powstanie fali uderzeniowej, która skupiłaby się po przeciwnej stronie i doprowadziłaby do tymczasowego zaburzenia elektronów w skałach.
Naukowcy podejrzewają, że do zaburzenia tego doszło w momencie, gdy plazma wzmocniła pole magnetyczne. Gdy więc elektrony wróciły do stanu równowagi, ich spiny przyjęły orientację zgodną z chwilowo silnym polem magnetycznym. Jeśli rzucisz w powietrze w polu magnetycznym talię kart i każda z kart będzie wyposażone w igłę od kompasu, to gdy karty upadną na ziemię, będą zorientowane w inną stronę, niż przed wyrzuceniem. Tak właśnie działa ten proces, wyjaśnia obrazowo Weiss.
Źródło: Impact plasma amplification of the ancient lunar dynamo
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
W przeszłości Mars posiadał silne pole magnetyczne. Obecnie pozostały po nim ślady w marsjańskich skałach. Są to jednak ślady nietypowe. Sonda Mars Global Surveyor już w 1999 roku zauważyła, że skały na południowej półkuli Marsa 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
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.