عالمان يبتكران مادة توفر طاقة لا نهائية.. قد تغير شكل العالم
تاريخ النشر: 9th, August 2023 GMT
الطاقة النظيفة اللامحدودة، وأجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي المحمولة، والحوسبة الكمية الأكثر كفاءة، والانتقال بقطارات فائقة السرعة - هذه ليست سوى عدد قليل من الإنجازات التي يمكن تحقيقها من خلال اكتشاف موصل فائق يعمل في درجة حرارة الغرفة، ويوفر طاقة كهربائية لا نهائية.
كبير مديري التواصل العلمي في معهد بيريميتر للفيزياء النظرية في واترلو، داميان بوب يقول: "إذا صنعت موصلاً فائقاً في درجة حرارة الغرفة فإنك ستكون مشهوراً غداً، وستفوز بجائزة نوبل".
لذلك لا عجب أن وسائل التواصل الاجتماعي تعج بأخبار LK-99، وهي مادة يُزعم أنها تعمل كموصل فائق عند الضغط المحيط ودرجات حرارة تصل إلى 127 درجة مئوية. على الرغم من أن الخبراء قالوا إن هذا لا يضمن الموصلية الفائقة.
في نهاية شهر يوليو/تموز، نشر فريق من الباحثين في مركز أبحاث الطاقة الكمومية، وهو شركة ناشئة في سيول، ورقتين لم تخضعا لمراجعة الأقران على arXiv (يُنطق "أرشيف")، وهو خادم ما قبل الطباعة حيث يقدم العلماء بشكل متكرر تقارير النتائج الأولية لأبحاثهم.
وصفت الأوراق LK-99، أباتيت الرصاص الجديد البديل بالنحاس - مركب يتكون من النحاس، والرصاص، والفوسفور، والأكسجين. تم تسميته على اسم اثنين من الباحثين الذين اكتشفوه والسنة التي يقولون إنهم صنعوها لأول مرة.
الأمر المثير بشكل خاص في هذا الادعاء هو السهولة النسبية لتركيب المواد، ووفقاً للطرق المنشورة، تم إنشاء "LK-99" من خلال خلط المواد مع بعضها في الحالة الصلبة، وهي عملية أشبه بعجن مكونات الخبز، ولكن بطريقة أبسط، "لأنه لا توجد مكونات رطبة".
ووسط جدل كبير حول حقيقة الكشف العلمي، قالت الجمعية الكورية للموصلية الفائقة وعلم التبريد (KSSC)، إن الباحثين في مركز أبحاث الطاقة الكمومية سيسلمون عينات من مادة "LK-99"، وهي المادة التي يزعمون أنها قادرة على توصيل الكهرباء بدون مقاومة في درجة حرارة الغرفة والضغط المحيط، بعد مراجعة لإكمال البحث الذي أجرته مجلة أكاديمية أخرى.
وقالت "KSSC" في رد بالبريد الإلكتروني نقلاً عن مركز الأبحاث: "من المتوقع أن تستغرق عملية المراجعة أسبوعين إلى 4 أسابيع".
ما هو الموصل الفائق؟يجب أن تحتوي المادة على خاصيتين رئيسيتين ليتم اعتبارها موصلاً فائقاً. تحت بعض درجات الحرارة الحرجة، يجب أن تطرد جميع المجالات المغناطيسية، من خلال ما يعرف باسم تأثير "مايسنر"، وتوصيل الكهرباء بمقاومة صفرية - مما يعني عدم فقدان أي طاقة على الإطلاق.
من جانبها، قالت الباحثة في معهد ستيوارت بلوسون للمواد الكمية في جامعة كولومبيا البريطانية في فانكوفر، ألانا هالاس: "فكر في الأمر على أنه أشخاص يرقصون في مكان ضيق أو ملهى ليلي". "في المعدن العادي، الجميع يرقصون بمفردهم ويفعلون ما يريدون. وربما يصطدمون ببعضهم البعض ويضربون الأكواع". "الموصل الفائق مثل مشهد في فيلم يعرف الجميع دوره كل حركات الرقص وهم يرقصون بشكل متزامن تماماً. ولذا لا أحد يصطدم بأي شخص [ولا نفقد طاقة."
وحتى الآن، كان العلماء قادرين فقط على تطوير المواد التي تحافظ على هذه الخصائص في درجات حرارة منخفضة للغاية أو ضغوط عالية للغاية، مما يحد من تطبيقها ويجعل تنفيذها باهظ التكلفة.
تم اكتشاف الموصلية الفائقة لأول مرة منذ أكثر من قرن من قبل الفيزيائي الهولندي هايك كامرلينغ أونز. وجد أن الزئبق الصلب يصبح موصلاً فائقاً عند حوالي -269 درجة مئوية. في العقود التالية، تم اكتشاف المزيد من المواد فائقة التوصيل مع درجات حرارة حرجة مماثلة.
بينما لم يتحقق الاختراق الرئيسي التالي حتى ثمانينيات القرن الماضي، مع اكتشاف مركبات "cuprate" - فئة من المواد المحتوية على النحاس يمكن أن تعمل كموصلات فائقة في درجات حرارة أعلى بكثير، تصل إلى حوالي -140 درجة مئوية.
ويأمل الفيزيائيون أن تكون القفزة التالية على مادة يمكن أن تعمل كموصل فائق في درجة حرارة الغرفة.
لماذا هذا مهم؟يقول الخبراء إن تطبيقات الموصل الفائق في درجة حرارة الغرفة يمكن أن تكون ثورية، حيث قالت هالاس: "أحد الأشياء المثيرة هو التطبيقات في أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي". "تستخدم التصوير بالرنين المغناطيسي مغناطيسات فائقة التوصيل لإنتاج مجال مغناطيسي قوي، وهو أساس التصوير".
وتستخدم آلات التصوير بالرنين المغناطيسي الحالية النيوبيوم تيتانيوم لتوليد هذا المجال، ولكن يجب الاحتفاظ به في درجات حرارة في حدود 10 درجات من الصفر المطلق، ويتم الوصول إلى هذه الدرجة عبر تبريد المغناطيسات العملاقة بالهيليوم السائل.
وسيؤدي استخدام الموصل الفائق في درجة حرارة الغرفة إلى إزالة الحاجة إلى الهيليوم السائل للحفاظ على برودة المغناطيس، مما قد يمهد الطريق لأجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي المحمولة التي يمكن إحضارها إلى المجتمعات النائية.
وفي مجال آخر، فإن أستاذ الفيزياء في جامعة هارفارد، سوبير ساشديف، متحمس للغاية بشأن تطبيق محتمل آخر: قوة الاندماج، التي تعد بطاقة نظيفة لا حدود لها من خلال محاكاة ما يحدث في قلب النجوم مثل الشمس.
وقال في مقابلة مع شبكة "CBC": "لتحقيق الاندماج، عليك أن تأخذ بلازما الجسيمات المشحونة - البروتونات والنيوترونات وما إلى ذلك - وتضغطها في حجم صغير". "المجالات المغناطيسية هي ما ستستخدمه للقيام بذلك."
ويرى ساشديف أن الموصلات الفائقة يمكن أن تجعل الاندماج حقيقة واقعة، لكن وجود موصلات فائقة في درجة حرارة الغرفة سيجعل الأمر أسهل بكثير.
وبالنسبة إلى "بوب" من معهد "بيريميتر للفيزياء النظرية"، فمن المهم أيضاً عدم إغفال ما قد يعنيه هذا لبنيتنا التحتية. مثل أبراج نقل الكهرباء، والتي تفقد حوالي 15% من الطاقة من محطة توليد الطاقة حتى تصل إلى منزلك. [إذا قمنا باستبدال كل هذه الأسلاك هناك بأسلاك فائقة التوصيل، فإن الكمية المفقودة ستكون صفر."
للسبب نفسه، يمكن أن تصبح أجهزة الكمبيوتر أسرع بمئات المرات وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة، مع عدم فقدان المزيد من الطاقة مثل الحرارة.
كما يمكن لهذه المادة أن تغير من مفهوم النقل عبر القطارات، إذا ستسمح بتطوير قطارات فائقة السرعة وبدون مقاومة تذكر.
لماذا يشك علماء الفيزياء؟ليست هذه المرة الأولى التي يتم الإعلان فيها عن موصل فائق يظهر على arXiv. وقال ساشديف: "كل بضع سنوات هناك ادعاء بوجود مادة جديدة أصبحت فجأة موصلاً فائقاً أفضل". "آخر مرة تبين أنها حقيقة كانت في عام 1987،" مع اكتشاف مركبات cuprate".
وكان لدى بوب نفس المشاعر، مضيفاً أنه "نوع من قفزة نوعية" للانتقال من المواد فائقة التوصيل عند درجة حرارة -140 درجة مئوية إلى أكثر من 100 درجة مئوية.
وماذا لو كانت LK-99 هي الصفقة الحقيقية؟ لنفترض، في الأسابيع القليلة المقبلة، أن المختبرات في جميع أنحاء العالم قادرة على تكرار الأساليب المنشورة، وإعادة إنتاج النتائج وتقديم تأكيد مستقل بأن LK-99 هو بالفعل موصل فائق. هل هذا يعني أن كل هذه الابتكارات قريبة؟.
قال هالاس إنه على الرغم من أن الطريقة المباشرة لتجميع LK-99 تعني أن الإنتاج يبدو قابلاً للتحقيق على نطاق صناعي، "هذه فقط الخطوة الأولى في مادة تؤتي ثمارها من حيث التكنولوجيا القابلة للاستخدام". تشمل الاعتبارات الأخرى السلامة والتكلفة والقدرة على تحمل الظروف البيئية المختلفة وسهولة التصنيع في تكوينات مختلفة مثل الأسلاك.
مادة إعلانية تابعوا آخر أخبار العربية عبر Google News الاندماج النووي الطاقة كوريا طاقة لانهائية LK99 الرنين المغناطيسيالمصدر: العربية
كلمات دلالية: الاندماج النووي الطاقة كوريا الرنين المغناطيسي فی درجة حرارة الغرفة درجات حرارة درجة مئویة یمکن أن من خلال
إقرأ أيضاً:
ارتفاع درجة الحرارة 1.5 مئوية ستجلب ضررًا لا يمكن إصلاحه
من الواضح أن العالم سوف يتجاوز هدف 1.5 درجة مئوية للاحتباس الحراري العالمي، مما يؤدي إلى زيادة التركيز على الخطط الرامية إلى تبريده مرة أخرى عن طريق إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي. ولكن لا يوجد ما يضمن أننا سوف نكون قادرين على تحقيق هذا الهدف. وحتى لو تمكنا من ذلك، فإن بعض التغييرات لا يمكن إرجاعها. يقول جويري روجيلج من جامعة (إمبريال كوليدج لندن): «لا يمكننا إرجاع الموتى إلى الحياة». ويحذر هو وزملاؤه بعد دراسة سيناريوهات «التجاوز» من ضرورة التركيز على خفض الانبعاثات بشكل عاجل الآن للحد من ظاهرة الاحتباس الحراري. وفقًا لدراسة روجيلج وزملائه المنشورة في مجلة (نايتشر) على هذا الرابط (doi.org/nmxw )، هناك ما لا يقل عن خمس مشاكل كبيرة في فكرة تجاوز درجة حرارة المناخ ثم تبريد الكوكب مرة أخرى: المشكلة الأولى هي أن العديد من هذه السيناريوهات تعطي صورة مضللة عن الشكوك والمخاطر التي تنطوي عليها. على سبيل المثال، نظرت الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ في تقريرها الرئيسي الأخير في سيناريو تجاوز الحد الذي قد يصل فيه العالم إلى 1.6 درجة مئوية فوق مستويات ما قبل الصناعة بحلول منتصف القرن، أي ما يزيد بمقدار 0.1 درجة مئوية فقط عن الحد الذي حددته اتفاقية باريس. ولكن بسبب الشكوك بشأن كيفية تغير درجات الحرارة العالمية، استجابة لكمية معينة من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، فإن مستوى الانبعاثات المفترض في هذا السيناريو قد يؤدي إلى أي شيء يصل إلى 3.1 درجة مئوية من الاحتباس. يقول روجيلج: «بالنسبة لنفس مستويات الانبعاثات، فإن احتمالات أن يتجاوز الاحتباس العالمي درجتين مئويتين ستكون حوالي واحد من كل عشرة. واحتمالات التهديد الوجودي المحتملة بنسبة واحد من كل عشرة ليست ضئيلة». المشكلة الثانية هي أنه لا يوجد ما يضمن توقف ظاهرة الاحتباس الحراري حتى لو توقفنا عن إضافة ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي، والوصول إلى ما يسمى بالانبعاثات الصفرية الصافية. على سبيل المثال، قد يؤدي الاحتباس الحراري العالمي إلى تفعيل تأثيرات ردود فعل إيجابية أقوى من المتوقع، مما يؤدي إلى انبعاثات كربونية أكبر من المتوقع من مصادر مثل الخث والتربة الصقيعية. وقد يؤدي هذا إلى زيادات إضافية في درجات الحرارة العالمية حتى بعد تحقيق صافي الانبعاثات الصفرية. وعلاوة على ذلك، يتطلب تحقيق صافي الصفر إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي؛ لأن بعض الأنشطة، مثل الزراعة، قد لا تكون هناك وسيلة لخفض الانبعاثات إلى الصفر. ولكن قد لا تكون هناك وسيلة ميسورة التكلفة لإزالة كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي للتعويض. إن البشرية تخاطر بشكل متهور بتجاوز تغير المناخ الخطير. وهذه هي أيضا المشكلة الكبرى الثالثة المرتبطة بسيناريوهات تجاوز الانبعاثات. إذ يتطلب تبريد الكوكب بعد الوصول إلى الصفر الصافي إزالة كميات هائلة من ثاني أكسيد الكربون، وهو ما يتجاوز ما هو مطلوب ببساطة للحفاظ على الصفر الصافي. وحتى لو أمكن تطوير التكنولوجيا اللازمة لتحقيق هذه الغاية، فقد تحجم الحكومات عن ذلك على حساب شيء لن يعود بأي فائدة، على الأقل في الأمد القريب. ويقول روجيلج: «في أغلب الأحوال، الفائدة الوحيدة المترتبة على إزالة ثاني أكسيد الكربون هي إزالة الكربون. ولكن بخلاف ذلك فإنها تستهلك الطاقة، وتكلف المال، وتتطلب استثمارا وتخطيطا طويل الأجل». والمشكلة الرابعة هي أنه حتى لو تمكنا من إزالة ما يكفي من ثاني أكسيد الكربون لإعادة درجات الحرارة إلى الانخفاض مرة أخرى، فسوف يستغرق الأمر عقوداً من الزمن، كما يقول كارل فريدريش شلوسنر، عضو الفريق في المعهد الدولي لتحليل النظم التطبيقية في مدينة لاكسنبورج، النمسا. وهذا يعني أننا سوف نضطر إلى التكيف مع درجات الحرارة المرتفعة طالما استمرت. ولكن كما أشار التقرير الأخير الصادر عن الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ، فإن التكيف مع التغيرات التي حدثت حتى الآن أثبت أنه أكثر صعوبة مما كان متوقعا. ويقول شلاوسنر: «إننا نثق في قدرتنا على التكيف مع تجاوز درجات الحرارة». المسألة الخامسة هي أن إعادة درجات الحرارة إلى مستوياتها الطبيعية لن تؤدي إلى عكس كل التغيرات. فإذا مات المزيد من الناس في ظل الظواهر الجوية المتطرفة أو بسبب المجاعة بعد فشل زراعة المحاصيل، فلن يكون هناك أي سبيل إلى إعادتهم إلى حالتهم الطبيعية. |
بيرت تقطع الكهرباء عن إيرلندا وتؤثر على بريطانيا