منوعات

التبريد الكمي العظيم: يقوم العلماء بتعديل ثلاجات المختبرات الشائعة للتبريد بشكل أسرع وبطاقة أقل

من خلال تعديل الثلاجة المستخدمة عادة في البحث والصناعة، تمكن الباحثون في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) من تقليل الوقت والطاقة اللازمين لتبريد المواد بشكل كبير إلى بضع درجات فقط فوق الصفر المطلق. ويقول العلماء إن نموذجهم الأولي، الذي يعملون حاليًا على تسويقه تجاريًا مع شريك صناعي، يمكن أن يوفر حوالي 27 مليون واط من الطاقة، و30 مليون دولار من الاستهلاك العالمي للكهرباء، وما يكفي من مياه التبريد كل عام لملء 5000 حمام سباحة أولمبي.

من تثبيت الكيوبتات (الوحدة الأساسية للمعلومات في الكمبيوتر الكمي) إلى الحفاظ على خصائص التوصيل الفائق للمواد والحفاظ على تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا باردًا بدرجة كافية لمراقبة السماء، يعد التبريد فائق البرودة ضروريًا لتشغيل العديد من الأجهزة وأجهزة الاستشعار. لعقود من الزمن، كانت الثلاجة الأنبوبية النبضية (PTR) هي الجهاز الأكثر نجاحًا للوصول إلى درجات حرارة باردة مثل فراغ الفضاء.

تقوم هذه الثلاجات بضغط (تسخين) وتوسيع (تبريد) غاز الهيليوم بشكل دوري عند ضغط مرتفع لتحقيق “برودة كبيرة”، وهو ما يشبه إلى حد كبير الطريقة التي تستخدم بها الثلاجة المنزلية تحويل الفريون من سائل إلى بخار للتخلص من الحرارة. على مدار أكثر من 40 عامًا، أثبت PTR موثوقيته، ولكنه أيضًا متعطش للطاقة، حيث يستهلك كهرباء أكثر من أي مكون آخر في تجربة درجات الحرارة المنخفضة للغاية.

عندما ألقى الباحث في NIST Ryan Snodgrass وزملاؤه نظرة فاحصة على الثلاجة، وجدوا أن الشركات المصنعة صممت الجهاز ليكون موفرًا للطاقة فقط عند درجة حرارة التشغيل النهائية البالغة 4 كلفن (K)، أو 4 درجات فوق الصفر المطلق. ووجد الفريق أن هذه الثلاجات غير فعالة للغاية في درجات الحرارة المرتفعة، وهي مشكلة كبيرة لأن عملية التبريد تبدأ في درجة حرارة الغرفة.

في سلسلة من التجارب، اكتشف سنودجراس، جنبًا إلى جنب مع علماء المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا جويل أولوم وفنسنت كوتسوبو وسكوت باكهاوس، أنه في درجة حرارة الغرفة، كان غاز الهيليوم تحت ضغط مرتفع لدرجة أنه تم تحويل بعض منه إلى صمام تنفيس بدلاً من استخدامه تبريد. ومن خلال تعديل التوصيلات الميكانيكية بين الضاغط والثلاجة، تأكد الفريق من عدم هدر الهيليوم، مما أدى إلى تحسين كفاءة الثلاجة بشكل كبير.

وعلى وجه الخصوص، قام الباحثون باستمرار بتعديل سلسلة من الصمامات التي تتحكم في كمية غاز الهيليوم المتدفق من الضاغط إلى الثلاجة. ووجد العلماء أنهم إذا سمحوا للصمامات بفتحة أوسع في درجة حرارة الغرفة، ثم أغلقوها تدريجياً أثناء تبريدها، فيمكنهم تقليل وقت التبريد إلى ما بين النصف والربع مما سيكون عليه في الواقع. حاليًا، يجب على العلماء الانتظار يومًا أو أكثر حتى تصبح الدوائر الكمومية الجديدة باردة بدرجة كافية لاختبارها. وبما أن التقدم في البحث العلمي قد يكون محدودًا بالوقت الذي يستغرقه الوصول إلى درجات الحرارة المبردة، فإن التبريد الأسرع الذي توفره هذه التكنولوجيا يمكن أن يكون له تأثير كبير على العديد من المجالات، بما في ذلك الحوسبة الكمومية ومجالات أخرى من الأبحاث الكمومية. وقال سنودجراس إن التكنولوجيا التي طورها فريق NIST يمكن أن تسمح للعلماء أيضًا باستبدال الثلاجات ذات الأنابيب النبضية الكبيرة بثلاجات أصغر بكثير، والتي تتطلب بنية تحتية أقل دعمًا.

وستزداد الحاجة إلى هذه الثلاجات بشكل كبير مع استمرار نمو الأبحاث في مجال الحوسبة الكمومية، فضلاً عن اعتمادها على التكنولوجيا المبردة. ومن ثم فإن نظام PTR المعدل سيوفر المزيد من المال والطاقة الكهربائية ومياه التبريد. بالإضافة إلى دعم الاقتصاد الكمي المزدهر، سيعمل الجهاز أيضًا على تسريع الأبحاث، لأن العلماء لن يضطروا بعد الآن إلى الانتظار أيامًا أو أسابيع حتى تبرد الكيوبتات والمكونات الكمومية الأخرى.

..

Source link

orcalimaa

المصدر الرئيسي للأخبار والمعلومات الصحية والطبية الموثوقة وفي الوقت المناسب . توفير معلومات صحية ذات مصداقية ومجتمع داعم وخدمات تعليمية من خلال مزج الخبرة الحائزة على جوائز في المحتوى والخدمات المجتمعية وتعليقات الخبراء والمراجعة الطبية .

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى