علماء أمريكيون يصنعون مستشعرًا بلوريًا صغيرًا لقياس المجالات المغناطيسية الاندماجية المكثفة
قام فريق من الباحثين الأمريكيين بتطوير مستشعر كريستالي صغير يعتمد على الليزر يمكنه تتبع المجالات المغناطيسية المكثفة في بعض البيئات القاسية، وتحسين التشخيص لمحطات توليد الطاقة الاندماجية المستقبلية. بالنسبة لجهاز الاستشعار، استخدم الفريق في مختبرات سانديا الوطنية بلورة من العقيق الأرضي النادر بحجم ممحاة قلم الرصاص. يمكن للجهاز أن يعمل في ظروف غالبًا ما تطغى على أجهزة استشعار المجال المغناطيسي التقليدية. وتشمل هذه الإشعاعات المكثفة، والتداخل الكهرومغناطيسي، والبلازما الاندماجية. تم تقديم المستشعر لجوائز R&D 100 لعام 2026، وهي مسابقة سنوية لتكريم أكثر 100 تقنية ابتكارًا في العالم. وأشار إسرائيل أوينز، الحائز على دكتوراه، وهو فيزيائي سانديا والمخترع المشارك لجهاز الاستشعار، إلى أن الفريق راضٍ عن التقدم المحرز. وأكد: “نعتقد أن هذه التكنولوجيا تمثل تحسنًا كبيرًا جدًا في قياس المجالات المغناطيسية”. “نعتقد أنه سيكون ضروريًا خاصة للبحث في مجال الاندماج وفيزياء الطاقة العالية وصناعة مرافق الطاقة.” داخل المستشعر يستخدم الجهاز ليزرًا صغيرًا، وبلورة من العقيق الأرضي النادر، واثنين من المرشحات الضوئية، وكاشف للضوء. عندما يمر الليزر عبر البلورة، يدور استقطابه. بالإضافة إلى ذلك، فإن التعرض للمجال المغناطيسي يغير مقدار هذا الدوران، ويسمح للمستشعر بقياس قوة المجال بدقة. وفقًا لسانديا، فإن البلورات مصنوعة من مواد أرضية نادرة مثل عقيق تيربيوم سكانديوم الألومنيوم (TSAG) وعقيق تيربيوم جاليوم (TGG). وهي مناسبة تمامًا لقياس المجالات المغناطيسية لأن خصائصها البصرية تتغير استجابة للقوى الكهرومغناطيسية. عالم فيزياء سانديا، إسرائيل أوينز، حاصل على دكتوراه، يقوم بتعديل بصريات نظام مختبره. بدأ الباحثون في تطوير المستشعر في عام 2021. وكان هدفهم هو تحسين القياسات داخل آلة Z الخاصة بهم، أقوى مصدر إشعاع مختبري في العالم. يتم استخدامه لأبحاث العلوم الأساسية، ودراسات الاندماج بالقصور الذاتي الممغنط، ولتطبيقات الأمن القومي. اختبر الفريق المستشعر في مصدر الإلكترون ذو الطاقة العالية للإشعاع ميغا فولت من سانديا III (HERMES III) والمشعاع X ذو النبض القصير عالي الكثافة النانوسيكند (SPHINX). ويطابق الجهاز أداء أجهزة الاستشعار المغناطيسية التقليدية مع توفير قياسات أكثر اتساقا في البيئات القاسية. وقال أوينز إن المستشعر أكثر دقة ويعمل حيث تفشل أجهزة الاستشعار التقليدية. وأضاف: “لقد أجرينا قدرًا كبيرًا من الاختبارات في SPHINX، وشاهدنا انتشارًا إحصائيًا أقل مقارنة بأجهزة الاستشعار التقليدية”. وفقًا للفريق، لن يتطلب المستشعر المعتمد على العقيق معايرة وصيانة متكررة مثل أجهزة الاستشعار التقليدية. وهذا يمكن أن يقلل من تكاليف التشغيل. ونظرًا لأنه عازل كهربائيًا وليس معدنيًا، فإنه يتجنب أيضًا المشكلات التي يمكن أن تؤثر على المجسات الإلكترونية في البيئات ذات الإشعاع الثقيل. يمكن أن تكون هذه التكنولوجيا ذات قيمة خاصة لأبحاث طاقة الاندماج، حيث يتم استخدام المجالات المغناطيسية القوية لحصر البلازما شديدة الحرارة. تعد مراقبة تلك المجالات المغناطيسية بدقة أمرًا ضروريًا لفهم سلوك البلازما والحفاظ على تشغيل المفاعل المستقر. وقال أوينز إن المستشعر قد يعمل في النهاية داخل بيئات البلازما حيث تنقطع أجهزة الاستشعار المعدنية التقليدية، وتتحلل أجهزة استشعار الألياف الضوئية بسبب التعرض للإشعاع. وأشار في بيان له إلى أن “تقنيتنا تتمتع بقدرة فريدة على العمل في المناطق التي قد تتعطل فيها أجهزة الاستشعار التقليدية”. ومع ذلك، لا تزال التكنولوجيا قيد التطوير. بعد الاختبار الناجح في الهواء والفراغ، بدأ فريق سانديا في تقييم المستشعر في البلازما منخفضة الكثافة. يخطط الفريق في النهاية لاختباره في ظروف البلازما عالية الكثافة المطلوبة لأنظمة الاندماج التجارية. وشدد بريان أوليفر، مدير مركز العلوم الإشعاعية والكهربائية في سانديا، على أهمية المستشعر. وخلص إلى أن “تقنية الاستشعار المغناطيسي البصري هي أداة تشخيصية تغير قواعد اللعبة لقياس المجالات المغناطيسية المتنوعة في البيئات الإشعاعية والكهرومغناطيسية الصعبة”. حصل الفريق على براءة اختراع في ديسمبر/كانون الأول، وقد قامت إحدى الشركات بترخيص هذه التكنولوجيا.
تم النشر: 2026-07-16 22:31:00
