محمد عريف
02-25-2010, 10:34 PM
السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
هذا المقال منقول من مجلة العلوم ( الترجمة العربية لمجلة ساينتفك أمريكان )
بعددها الصادر في يناير / فبراير 2009
الجيل التالي
تقترب أسلاك الموصلية الفائقة الجديدة أكثر فأكثر من السوق.
بشّر اكتشاف عام 1987 لمواد توصل الكهرباء على نحو مثالي، عند درجات حرارة أعلى من درجة غليان النتروجين(1) (البالغة _196 درجة سيلزية) بحقبة ثورية في التقانة. ولكن ترجمة وَعْد ما عرف عندئذ بالموصلات الفائقة العالية الحرارة إلى واقع تجاري كان مهمة شاقة وطويلة؛ إذ إنّ إنتاج عيّنة صغيرة من موصل فائق لإجراء تجارب في المختبر شيء، وتصنيع مئات الأمتار من الأسلاك العالية الجودة للتطبيقات شيء مختلف تماما. فحتى وقت قريب كانت تقانة الموصلات الفائقة العالية الحرارة الرائدة تجاريا تتضمن أسلاكا مصنوعة من عناصر البزموت والسترونسيوم والكالسيوم والنحاس والأكسجين، أو اختصارا BSCCO. والآن، يبدو أن جيلا ثانيا من الأسلاك المؤلفة من الإتيريوم والباريوم والنحاس والأكسجين، أو اختصارا YBCO، سوف يهيمن على السوق.
تُصنَّع أسلاك BSCCO عادة بوضع مسحوق داخل أنبوب من الفضة يُسَخن بعدئذٍ ويسحب. ولكن لهذه التقنية عيبين مهمّين. الأول، هو التكلفة العالية بسبب وجود الفضة. والثاني، هو أن لدى المصنعين مقدرة محدودة على التحكم في البنى التفصيلية في قلب المادة BSCCO كي يصلوا إلى أَمْثَلَة أداء الموصلات الفائقة.
كان للمادة YBCO مشكلات أخرى جعلت المادة BSCCO تحتل مركز الصدارة في البداية؛ إذ كانت المقاربة الرئيسية لتصنيع سلك YBCO هي ترسيب مادته على ركازة لتشكيل شريط رقيق. ولكن المادة YBCO تميل إلى تشكيل حبيبات بلورية دقيقة لا تحصى، وإذا لم تكن هذه الحبيبات مصطفة اصطفافا جيدا نشأت مقاومة كهربائية بسبب القفزات التي ينبغي أن يقوم بها التيار عند الانتقال من حبيبة إلى أخرى. ومع ذلك بقي الاهتمام بالمادة YBCO كبيرا، لأنّ العيّنات ذات الاصطفاف الجيد تبقى موصلة فائقة في حقول مغنطيسية أعلى ممّا تتحمله المادة BSCCO؛ إذ إنّ العديد من التطبيقات، كالمغانط والمحركات، يتطلب أن تقوم هذه الأسلاك بوظيفتها تحت تأثير مثل هذه الحقول.
وعلى مدى العقد الفائت، تمكن الباحثون من حلّ مشكلة الحبيبات البلورية حلا شبه كامل وذلك بترسيب طبقة من مادة أخرى، كمادة أكسيد السيريوم، على الركازة قبل ترسيب المادة YBCO، إذ يفيد أكسيد السيريوم في المساعدة على اصطفاف حبيبات المادة YBCO. وقد طور الباحثون، وبصورة رئيسية باحثو المختبر الوطني في لوس ألاموس (LANL) وباحثو مختبر أوك ريدج الوطني (ORNL)، تقانتين لصنع الأسلاك تتضمنان طبقة صفّ الحبيبات. وقد تبنت شركات إنتاج الأسلاك هاتين التقانتين اللتين تعرفان باسميهما المختصرين IBAD (وهي التي تستخدم الحزم الأيونية للمساعدة على صف البلورات) و RABiTS (وهي التي تعتمد على الأسطوانات والحرارة لتحضير الركازة).
ولكن لايزال هناك الكثير لتحسين أداء هذه الأسلاك. فعلى سبيل المثال، مع أنّ مقاومة المادة YBCO للحقول المغنطيسية تفوق مقاومة المادة BSCCO، فمازالت هناك حاجة إلى أداء أفضل من أجل حقول مغنطيسية أعلى مما تم التوصل إليه. فقد بيّنت مجموعة <S. فولتين> في لوس ألاموس عام 2004، أنّ إدخال جسيمات نانوية من زركونات الباريوم يحسّن كثيرا الميزات المغنطيسية للمادة YBCO. كما نشر <A. گويال> وزملاؤه [في أوك ريدج] نتائج مماثلة في أوائل عام 2006.
http://www.oloommagazine.com/images/articles/2009/1-2/76.jpg
كبل استطاعة مصنوع من سلك فائق الموصلية (الشرائط الفضية اللون) يستخدم حاليا في مشروع إيضاحي للتوتر العالي في ألباني بنيويورك.
إنّ الأمل بأسلاك الجيل الثاني كبير لدرجة أن شركات إنتاج الأسلاك مثل الشركة American Superconductor والشركة SuperPower تحوّلتا إلى إنتاج شرائط YBCO مكان أسلاك BSCCO الأقدم.
يُنتج السلك على هيئة قِطَع طول كل منها ما بين 100 و 300 متر، غير أنّ الشركات تسعى إلى زيادة ذلك الطول وسعة حمل التيار.
سندويش من موصل فائق(**)
تُنتج أسلاك المادة YBCO الفائقة الموصلية على شكل شرائط رقيقة، بحيث لا تزيد سماكة طبقة المادة YBCO المؤثرة على 1.5 ميكرومتر. وإذا ما أضيفت زيادة من المادة YBCO فوق ذلك، فلن تزداد سعة حمولة الشريط للتيار ازديادا ملموسا.
وفي عام 2004، بيّن <S. فولتين> مع زملائه [في مختبر لوس ألاموس الوطني] كيفية تصنيع سلك من طبقات أكسيد السيريوم (التي تساعد على اصطفاف بلورات المادة YBCO) متداخلة مع ست طبقات من المادة YBCO ثخانة كل منها 0.6 ميكرومتر. وقد استطاع هذا السندويش المتعدد الطبقات إمرار تيار تصل قيمته حتى 1400 أمبير لكل سنتيمتر عرضا، وهو رقم للمادة YBCO مازال قياسيا حتى الآن.
http://www.oloommagazine.com/images/articles/2009/1-2/000000000.gif
ويقوم الزبائن بتطوير أجهزة مستخدمين أسلاك الجيل الثاني وذلك في تطبيقات مختلفة، بما فيها المحركات والمولدات والكِبال(2) والمحوّلات. وسيكون أول مشروع إيضاحي رئيسي يتضمن سلكا من المادة YBCO هو مدّ كبل توتر عال يصل ما بين محطتي توليد طاقة فرعيتين في ألباني بنيويورك. ويصنّع معظم طول الكبل البالغ 350 مترا من سلك المادة BSCCO، غير أنه سيستعاض عن قطعة طولها 30 مترا بكبل YBCO. وسيحتاج بناء قطعة الكبل هذه البالغة 30 مترا إلى ما يصل إلى عشرة كيلومترات من شريط YBCO.
<P.G. كولّن>
هذا المقال منقول من مجلة العلوم ( الترجمة العربية لمجلة ساينتفك أمريكان )
بعددها الصادر في يناير / فبراير 2009
الجيل التالي
تقترب أسلاك الموصلية الفائقة الجديدة أكثر فأكثر من السوق.
بشّر اكتشاف عام 1987 لمواد توصل الكهرباء على نحو مثالي، عند درجات حرارة أعلى من درجة غليان النتروجين(1) (البالغة _196 درجة سيلزية) بحقبة ثورية في التقانة. ولكن ترجمة وَعْد ما عرف عندئذ بالموصلات الفائقة العالية الحرارة إلى واقع تجاري كان مهمة شاقة وطويلة؛ إذ إنّ إنتاج عيّنة صغيرة من موصل فائق لإجراء تجارب في المختبر شيء، وتصنيع مئات الأمتار من الأسلاك العالية الجودة للتطبيقات شيء مختلف تماما. فحتى وقت قريب كانت تقانة الموصلات الفائقة العالية الحرارة الرائدة تجاريا تتضمن أسلاكا مصنوعة من عناصر البزموت والسترونسيوم والكالسيوم والنحاس والأكسجين، أو اختصارا BSCCO. والآن، يبدو أن جيلا ثانيا من الأسلاك المؤلفة من الإتيريوم والباريوم والنحاس والأكسجين، أو اختصارا YBCO، سوف يهيمن على السوق.
تُصنَّع أسلاك BSCCO عادة بوضع مسحوق داخل أنبوب من الفضة يُسَخن بعدئذٍ ويسحب. ولكن لهذه التقنية عيبين مهمّين. الأول، هو التكلفة العالية بسبب وجود الفضة. والثاني، هو أن لدى المصنعين مقدرة محدودة على التحكم في البنى التفصيلية في قلب المادة BSCCO كي يصلوا إلى أَمْثَلَة أداء الموصلات الفائقة.
كان للمادة YBCO مشكلات أخرى جعلت المادة BSCCO تحتل مركز الصدارة في البداية؛ إذ كانت المقاربة الرئيسية لتصنيع سلك YBCO هي ترسيب مادته على ركازة لتشكيل شريط رقيق. ولكن المادة YBCO تميل إلى تشكيل حبيبات بلورية دقيقة لا تحصى، وإذا لم تكن هذه الحبيبات مصطفة اصطفافا جيدا نشأت مقاومة كهربائية بسبب القفزات التي ينبغي أن يقوم بها التيار عند الانتقال من حبيبة إلى أخرى. ومع ذلك بقي الاهتمام بالمادة YBCO كبيرا، لأنّ العيّنات ذات الاصطفاف الجيد تبقى موصلة فائقة في حقول مغنطيسية أعلى ممّا تتحمله المادة BSCCO؛ إذ إنّ العديد من التطبيقات، كالمغانط والمحركات، يتطلب أن تقوم هذه الأسلاك بوظيفتها تحت تأثير مثل هذه الحقول.
وعلى مدى العقد الفائت، تمكن الباحثون من حلّ مشكلة الحبيبات البلورية حلا شبه كامل وذلك بترسيب طبقة من مادة أخرى، كمادة أكسيد السيريوم، على الركازة قبل ترسيب المادة YBCO، إذ يفيد أكسيد السيريوم في المساعدة على اصطفاف حبيبات المادة YBCO. وقد طور الباحثون، وبصورة رئيسية باحثو المختبر الوطني في لوس ألاموس (LANL) وباحثو مختبر أوك ريدج الوطني (ORNL)، تقانتين لصنع الأسلاك تتضمنان طبقة صفّ الحبيبات. وقد تبنت شركات إنتاج الأسلاك هاتين التقانتين اللتين تعرفان باسميهما المختصرين IBAD (وهي التي تستخدم الحزم الأيونية للمساعدة على صف البلورات) و RABiTS (وهي التي تعتمد على الأسطوانات والحرارة لتحضير الركازة).
ولكن لايزال هناك الكثير لتحسين أداء هذه الأسلاك. فعلى سبيل المثال، مع أنّ مقاومة المادة YBCO للحقول المغنطيسية تفوق مقاومة المادة BSCCO، فمازالت هناك حاجة إلى أداء أفضل من أجل حقول مغنطيسية أعلى مما تم التوصل إليه. فقد بيّنت مجموعة <S. فولتين> في لوس ألاموس عام 2004، أنّ إدخال جسيمات نانوية من زركونات الباريوم يحسّن كثيرا الميزات المغنطيسية للمادة YBCO. كما نشر <A. گويال> وزملاؤه [في أوك ريدج] نتائج مماثلة في أوائل عام 2006.
http://www.oloommagazine.com/images/articles/2009/1-2/76.jpg
كبل استطاعة مصنوع من سلك فائق الموصلية (الشرائط الفضية اللون) يستخدم حاليا في مشروع إيضاحي للتوتر العالي في ألباني بنيويورك.
إنّ الأمل بأسلاك الجيل الثاني كبير لدرجة أن شركات إنتاج الأسلاك مثل الشركة American Superconductor والشركة SuperPower تحوّلتا إلى إنتاج شرائط YBCO مكان أسلاك BSCCO الأقدم.
يُنتج السلك على هيئة قِطَع طول كل منها ما بين 100 و 300 متر، غير أنّ الشركات تسعى إلى زيادة ذلك الطول وسعة حمل التيار.
سندويش من موصل فائق(**)
تُنتج أسلاك المادة YBCO الفائقة الموصلية على شكل شرائط رقيقة، بحيث لا تزيد سماكة طبقة المادة YBCO المؤثرة على 1.5 ميكرومتر. وإذا ما أضيفت زيادة من المادة YBCO فوق ذلك، فلن تزداد سعة حمولة الشريط للتيار ازديادا ملموسا.
وفي عام 2004، بيّن <S. فولتين> مع زملائه [في مختبر لوس ألاموس الوطني] كيفية تصنيع سلك من طبقات أكسيد السيريوم (التي تساعد على اصطفاف بلورات المادة YBCO) متداخلة مع ست طبقات من المادة YBCO ثخانة كل منها 0.6 ميكرومتر. وقد استطاع هذا السندويش المتعدد الطبقات إمرار تيار تصل قيمته حتى 1400 أمبير لكل سنتيمتر عرضا، وهو رقم للمادة YBCO مازال قياسيا حتى الآن.
http://www.oloommagazine.com/images/articles/2009/1-2/000000000.gif
ويقوم الزبائن بتطوير أجهزة مستخدمين أسلاك الجيل الثاني وذلك في تطبيقات مختلفة، بما فيها المحركات والمولدات والكِبال(2) والمحوّلات. وسيكون أول مشروع إيضاحي رئيسي يتضمن سلكا من المادة YBCO هو مدّ كبل توتر عال يصل ما بين محطتي توليد طاقة فرعيتين في ألباني بنيويورك. ويصنّع معظم طول الكبل البالغ 350 مترا من سلك المادة BSCCO، غير أنه سيستعاض عن قطعة طولها 30 مترا بكبل YBCO. وسيحتاج بناء قطعة الكبل هذه البالغة 30 مترا إلى ما يصل إلى عشرة كيلومترات من شريط YBCO.
<P.G. كولّن>