Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Z kosmosu dobiega regularny sygnał radiowy. To planeta „rzeźbi” w polu magnetycznym gwiazdy
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
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
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 -
przez 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 -
przez 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
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.