Najmoćniji laser na svetu nas vodi korak bliže kontrolisanoj nuklearnoj fuziji

Ime pogona je National Ignition Facility (NIF slobodni prevod: nacionalno postrojenje za paljenje [lasera]) pri nacionalnoj laboratoriji u Livermoru (Livermore) u Kaliforniji (SAD), a značajna je po tome što je projektovala vrlo moćan laser. Pre meseca dana istraživači u NIF-u su uspeli da proizvedu laserski snop jačine 1,8 megadžula. Samo nekoliko dana kasnije, oni su ovaj rekord premašili tako što su iskombinovali 192 slabija lasera u jedan veliki moćni laserski zrak jačine 1,875 megadžula. Dok je zrak prošao kroz sočiva koja služe za fokusiranje snopa, njegova konačna snaga je iznosila 2,03 megadžula.

Postojenje je veliko kao 3 igrališta za američki fudbal

Važnost ove vesti je višestruka. Prvo, NIF je prva institucija koja poseduje ultra-ljubičasti (3ω) laser jačine 2 megadžula. Ovaj laserski impuls je trajao samo 23 nano sekunde, ali to je, samo po sebi, izuzetno. Takođe, pokazali su da mogu prevazići projektovanu snagu sa datim sistemom (od 1,8 megadžula), a da ne dođe do kritične ili opasne situacije. To su dokazali kada se već 36 sati kasnije, još jedom, proizveli laserski zrak iste jačine.

Kontrolna soba u kojoj je zabeležena rekordna snaga lasera 15. marta 2012.

Pobude istraživača, koji se bave projektovanjem visoko energetskih lasera, su mnogo ambicioznije od onoga što je do sada postignuto. Bez ulaženja u to koliki im je bio račun za struju za prošli mesec, njihova želja je da lasere ovakve jačine ispaljuju po 15 puta u sekundi! Naravno, ima još da se radi da bi se postigao takav rezultat, ali kada jednom u tome uspeju, to će otvoriti vrata za nuklearnu fuziju koja bi za rezultat davala pozitivni energetski bilans. Dovoljno jak i dovoljno brz (ovde se misli na dovoljnu učestalost) laser bi mogao da generiše i da održava reakciju fuzije vršeći imploziju (nasilno skupljanje) izotopa vodonika unutar fuzionog reaktora. Proces tako postignute fuzije bio davao više energije nego što se ulaže u pokretanje lasera.

Tehničar podešava poziciju mete unutar komore gde se spaja snaga svih 192 lasera

Opet, predstoji još posla i ulaganja da bi se postigao željeni proces. Za sada, još uvek nisu proizvedeni uslovi u kome bi se prvo dobila fuziona reakcija. Međutim, istraživači sigurno napreduju ka tom cilju. Pre 18 meseci, tadašnji najmočniji laser je mogao da proizvede samo 1% snage koja je potrebna da se steknu uslovi za fuzionu reakciju. Sada, najmoćniji laser proizvodi 10% snage potrebne za fuziju. Ovo je postignuto u zadnjih nekoliko meseci intenzivnog rada. Istraživači tvrde da bi za samo 6 meseci mogli imati laser koji bi imao dovoljno snage da započne proces fuzije.

Rakete na mehurasti pogon krstare kroz čovečiji stomak

Današnja tema su rakete!

„Cilindrični projektil koji može dostići velike visine ili distance, tako što sagoreva sadržaj koji nosi u sebi.“

Istorija rakete, kao izuma, je vrlo dugačka i datira još iz vremena antičke Kine. U današnje vreme, primenjivanje jednostavnog prinicipa akcije i reakcije (treći Njutnov zakon) koji pokreće rakete je široko rasprostranjeno, i dalje se smatra najboljim načinom da se čovek otisne sa planete Zemlje.

Rakete koje danas predstavljam, su vrlo specifične, po mnogo čemu, a najviše po tome gde se primenjuju – unutar čovečijeg stomaka!

Krenimo redom, i obećavam da prilikom pisanja ili čitanja ovog teksta neće nastradati i jedan jedni osetljivi stomak. 😉

U poslednje vreme istraživači i naučnici se bave projektovanjem specifičnih reketa. To su, u suštini, mikro motori (mikro = 10-6m [µm]), od kojih većina kao gorivo koristi visoko koncentrisani hidrogen peroksid (H2O2). Međutim, kako je u toj koncentraciji ovo gorivo opasno, to je njegova primena vrlo ograničena. To se posebno odnosi na primenu u medicinskoj praksi i istraživanjima. Najnovija studija predlaže novu vrstu mikro motora koja se kreće kroz kiselu sredinu, koristeći „vodonikove balone“, i ne zahteva dodatno gorivo. Pri jako niskim vrednostima pH faktora (manje od 3), novi mikro motori se mogu kretati brzinom od 100 dužina projektila u sekundi, i zbog toga ih naučnici nazivaju „mikro raketama“.

 Autoru rada su Vei Gao (Wei Gao), Ajsegul Ujgun (Aysegul Uygun) i Džosef Vang (Joseph Wang) sa univerziteta u San Diegu u Kaliforniji. Njihovo istraživanje je objavljeno u časopisu Journal of the American Chemical Society i objašnjava princip rada njihovih mikro raketa.

„Ovo je prvi dokumentovani primer hemijski pokretane mikro rakete koja sama sebe pokreće bez upotrebe dodatnog i spoljnjeg izvora goriva. (kao što je H2O2)“, tvrdi Vang. „Tako koncipirane rekete mogu u mnogome poboljšati primenu nano i mikro motora u ekstremnim uslovima (kao što je ljudski stomak ili u silikonskim kupatilima). Njihova primena može pomoći razvoj novih bio medicinskih i industrijskih poduhvata, kao što su dostavljanje lekova u određene delove tela ili generisanje nano  slika koje se mogu koristiti u industriji i njenim procesima.“

Slike pokazuju faze u procesu dostave materijala pomoću mikro raketa a) prilaz b) skupljanje c) transport d) otpuštanje

Mikro rakete imaju oblik sićušne cevi, dugačke 10 mikro metara, i prečnika od 2 do 5 mikro metara. Istraživači su napravili ove raketice od običnog polimera polianilina (PANI), a zatim su postavili, tanak sloj cinka (Zn) unutar samog projektila.

Kada se mikro raketa stavi u neki visoko kiseli rastvor, cink počinje da gubi elektrone i pošto ima negativniji redoks potencijal od vodonika izaziva stvaranje balona od vodonika (poput onih od sapunice). Istraživač su probali da iskoriste i druge metale kao što je gvožđe (Fe) ili olovo (Pb), ali najviše balona, ipak, pravi cink.

 Testovi su pokazali da se brzina mikro raketa povećava sa povećanjem kiselosti sredine (sa padom pH vrednosti). Najveća brzina od 1050 mikro metara u sekundi je postignuta sa projektilom koji je imao prečnik od 5 mikro metara, u sredini čija pH vrednost iznosila -0,2. Kada je isti projektil stavljen u sredinu pH vrednosti 1,3, brzina kretanja je spala na 10 mikro metara u sekundi. Bez obzira na činjenicu da rakete imaju  uski opseg delovanja kada su u pitanju pH vrednost sredine u kojoj se kreću, naučnici su primetili da se one mogu primeniti u stomaku. Vrednost pH faktora unutar stomaka je od 0,8 – 2,0, a slični uslovi se mogu naći unutar seruma (vakcina) koji se koriste u medicini.

[flv:http://nauka.rs/wp-content/uploads/2012/02/Raketa-u-stomaku.flv 640 480]

Usporeni prikaz kretanja mikro rakete na sopstveni pogon pri brzini od 500 µm/s. Izvor: Wei Gao, et al. ©2012 American Chemical Society

Testovi su pokazali da je životni vek raketa od 10 sekundi do 2 minuta., zavisno od toga koliko se brzo cink rastvara. Što je više cinka u projektilu i što je veća vrednost pH vrednost sredine to je životni vek veći (sporija reakcija ispuštanja vodonika).

Naučnici su pokazali da se rakete mogu kretati na ovaj način, ali to nije sve. Moguće je kontrolisati njihovo kretanje, a sem toga možete im naložiti da pokupe neki određeni tovar i da ga u nekom, kasnijem trenutku otpuste. Transportna uloga ovih raketa je postignuta dodavanjem magnetnog sloja na spoljnjem delu projektila. Taj sloj je omogućavao navođenje rakete koristeći magnetnu interakciju. Pokazali su da je moguće pokupiti polistirenski „tovar“, prevesti ga predodređenom putanjom a zatim ga ispustiti brzom promenom smera magnetnog polja.

[flv:http://nauka.rs/wp-content/uploads/2012/02/Raketa-u-stomaku-2.flv 640 480]

Magnetno navođeno kretanja mikro rakete pri brzini od 100 µm/s. Izvor: Video credit: Wei Gao, et al. ©2012 American Chemical Society

Naučnici predviđaju da se sposobnost navođenja može pokazati posebno korisnom za mnoštvo primena u medicini. Primena se na završava samo u toj oblasti, nego ima svoje industrijske aplikacije. Pošto je brzina kretanja projektila direktno vezana (zavisna funkcija) od kiselosti sredine, on se može koristiti za fino određivanje nepoznatih PH vrednosti. Primer tome je promena nivoa kiselosti u stomaku. Mikro motori sa cinkom nemaju potrebu za dodatnim gorivom koje bi nosili sa sobom i to ih čini vrlo pogodnim za dalje istraživanje njihovih primena u bilo kojoj industrijskoj, naučnoj ili inženjerskoj oblasti delovanja.

„Sa daljim poboljšanjima i optimizacijom, mi se nadamo da ćemo poboljšati i proširiti upotrebu mikro motora na sredine koje su manje kisele. Sem toga, radimo na tome da povećamo radni vek mikro raketa“ kaže Vang. „Takođe, istražujemo nove materijale da bismo proširili upotrebljivost naših mikro motora na širi spektar sredina.“

Više informacija: Wei Gao, et al. “Hydrogen-Bubble-Propelled Zinc-Based Microrockets in Strongly Acidic Media.” Journal of the American Chemical Society. DOI: 10.1021/ja210874s

***

Da pojasnim dve stvari.

1. Dok se intenzivno prave mehuri vodonika zbog reakcije cinka sa okolnom sredinom, baš su ti mehuri, koji guraju raketu napred. Razlog – brzina stvaranja mehurova je tolika da se oni međusobno guraju i potiskuju i na taj način guraju projektil u suprotnom smeru od njihovog širenja.

2. Gorivo za ovu raketu, na neki način, postoji i to je sam cink. Međutim, čim se on istroši raketa će stati. Reakcija koja pokreće ceo sistem je u većini slučajeva ne škodljiva za okruženje, tako da je standardno korišćenje hemijskog goriva kao kod velikih reketa, OVDE, prevaziđeni princip.

Prenosive vodonikove ćelije sa dna mora

Gorivne ćelije na bazi vodonika ( H2 ) predstavljaju dobru alternativu današnjim izorima goriva, ali su i dalje vrlo skupe, komplikovane za proizvodnju i retko u upotrebi. Prema novim saznanjima, ekosistemi na velikim morskim dubinama već koriste prenosive gorivne ćelije – u određenom smilu te reči.Izvor: Institut Max-Planck