Новый сверхмощный электромагнит со сверхпроводящей обмоткой устанавливает рекорд по силе тока
Исследователи из Национального институт наук о ядерном синтезе (National Institute for Fusion Science, NIFS), входящего в состав японского Национального института естественных наук (National Institutes of Natural Sciences, NINS), создали новый сверхмощный электрический магнит со сверхпроводящими обмотками. Сила тока в этих обмотках достигает значения в 100 тысяч ампер и это делает этот магнит безусловным мировым рекордсменом по вышеуказанному показателю.
Ученые и инженеры NIFS уже достаточно давно занимаются разработкой катушек электромагнитов на базе высокотемпературных сверхпроводников, которые могут использоваться в реакторах термоядерного синтеза. Обмотки созданных ими некоторых современных электромагнитов на базе высокотемпературных сверхпроводников из нескольких сложенных лент сплава на основе иттрия, разработанных и выпускаемых в Японии. Этим достигается высокая механическая прочность конструкции обмотки, которая, помимо огромного электрического тока, должна выдерживать еще и воздействие создаваемых ею же магнитных полей.
Исследователи из NIFS, работая совместно с учеными из университета Тохоку, разработали новую технологию изготовления низкоомного сверхпроводника. Испытания этого сверхпроводника, проведенные при температуре в 20 градусов по шкале Кальвина (-253 градуса по шкале Цельсия) показали, что сверхпроводник может пропустить через себя ток в 100 тысяч ампер. Плотность тока при этом составляет 40 ампер на квадратный миллиметр с учетом площади сечения не только самого сверхпроводника, но и суммарного сечения всех сопутствующих элементов конструкции.
Сверхпроводящая часть обмотки электромагнита состоит из 54 лент, толщиной 0.2 миллиметра и шириной 10 миллиметров, изготовленных из высокотемпературного сверхпроводника на основе иттрия. Электрический ток течет преимущественно по этой части сверхпроводника, но некоторая его часть течет и через площадь медной "рубашки" в которую одеты сверхпроводящие полосы. А вся эта конструкция одета в дополнительную оболочку из нержавеющей стали, которая служит для увеличения механической прочности и для увеличения силы генерируемого магнитного поля.
Такие высокие показатели созданного японцами высокотемпературного сверхпроводника делают его идеальным кандидатом на использование в огромных катушках будущих реакторов термоядерного синтеза. Но, подобный подход может быть также успешно использован в некотором медицинском оборудовании, в силовых электрических устройствах и везде там, где требуется передача большого электрического тока с минимальными потерями.
Источник: tehnowar.ru.
"Воздушные световоды" позволяют передавать информацию через воздух с эффективностью оптического волокна
В традиционном оптическом кабеле свет распространяется по прозрачному волокну. Каждое из волокон имеет оболочку из материала с более низким коэффициентом преломления света. В результате этого, когда свет пытается выйти за пределы оптического волокна, он отражается оболочкой обратно, сохраняя свою фокусировку и интенсивность.
Почти на таком же принципе основана работа "воздушных световодов", разработанных группой ученых, возглавляемой профессором Говардом Милхбергом (Prof. Howard Milchberg). Роль оболочки оптического волокна играют лучи света от четырех лазеров, создающие нечто вроде светового квадрата. За счет работы некоторых оптических и физических эффектов при достаточно сильной интенсивности света в центре квадрата возникает область, имеющая более высокий коэффициент преломления света, нежели по краям квадрата.
Когда лучи света четырех лазеров проходят через воздух, они нагревают его вокруг себя. В квадратной структуре из четырех лучей остается не нагретым лишь воздух в самом центре квадрата, в результате имеющий меньшую плотность и меньший коэффициент преломления, что еще не позволяет эффективно передавать через него свет лазера. Для инициирования канала воздушного световода используется свет пятого мощного лазера, луч которого располагается по центру квадрата. Этот лазер создает вспышку вторичного света, переизлученного самим воздухом. И свет от этой вспышки распространяется по внутреннему пространству квадрата, отражаясь вовнутрь в случае попытки выхода за пределы квадрата, а его распространение кардинально изменяет оптические свойства всей системы в целом.
Инициированные таким образом воздушные световоды существуют в течение нескольких миллисекунд, но этого времени вполне достаточно для того, чтобы перекачать через образовавшийся оптический канал существенные объемы информации. Опытный образец установки, создающей воздушный световод, пока еще эффективно работает на расстояние около одного метра. Но и уже на этом расстоянии свет, попавший на чувствительный датчик, имеет в 1.5 раза большую интенсивность, чем свет, который приходит обычным путем через воздух. Профессор Милхберг считает, что преимущество от использования воздушных световодов проявится еще в большей степени на больших расстояниях, на расстояниях, когда свет, распространяющийся обычным путем, будет практически весь рассеян молекулами воздуха. А сейчас исследователи работают над созданием более мощной лазерной системы, которая будет способна инициировать воздушные световоды на расстояние до 50 метров.
В будущем, после доработки и модернизации, подобная технология может быть использована для организации оптических коммуникаций в условиях, где невозможна прокладка оптоволоконного кабеля, для контроля загрязнения окружающей среды вокруг опасных объектов, таких как ядерные реакторы, и, естественно, для создания лазерного оружия следующего поколения
Источник: tehnowar.ru
Создан нанодвигатель, способный вращаться со скоростью 150 тысяч оборотов в минуту
Ученые из американского Национального института стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology, NIST) обнаружили, что золотые наночастицы, имеющие строго определенную форму, погруженные в воду могут вращаться на огромной скорости под воздействием высокочастотных ультразвуковых волн. Произведенные измерения показали, что скорость вращения составляет 150 тысяч оборотов в минуту и это приблизительно в десять раз больше, чем скорость вращения предыдущего нанодвигателя-рекордсмена. Следует отметить, что данное достижение может привести к созданию достаточно мощных нанодвигателей, которые можно будет применять в медицине, в области скоростной механической обработки и для высококачественного смешивания различных материалов.
В направлении создания нанодвигателей ученым удалось добиться за последние годы достаточно серьезных успехов. Эти двигатели стали еще более меньшими, более надежными и более мощными. А технологий приведения их в действие насчитывается великое множество - электричество, магнитные поля, свет, ультразвук, электромагнитные волны и т.п.
Предыдущие исследования, проведенные учеными NIST, показали, что комбинация магнитных полей и ультразвука может использоваться для управления вращением и перемещением крошечных наноцилиндров. Эксперименты подтвердили теоретические расчеты, но никто не смог точно определить, как быстро вращались эти наноцилиндры. И недавно ученые нашли метод измерения, который показал, что наноцилиндры, погруженные в воду, вращаются со скоростью 150 тысяч оборотов в минуту.
Для того, чтобы измерить скорость вращения нанодвигателя, который представляет собой золотой пруток длиной 2 микрона и диаметром 300 нанометров, ученые использовали крошечные наночастицы из пластика, напоминающего пенопласт. Смесь из золотых наноцилиндров и пластиковых частиц была помещена в воду над поверхностью ультразвукового излучателя. Излучатель генерировал звуковые волны, частотой в 3 МГц, нанодвигатели начинали вращаться, создавая вихри в окружающей их воде, которые, в свою очередь, подхватывали пластиковые наночастицы. Используя сложные расчеты, учитывающие размеры, скорость вращения пластиковых частиц и их удаление от нанодвигателя, ученые вычислили скорость вращения самого нанодвигателя.
В настоящее время исследователи из NIST выяснили, что для того, чтобы получить требующуюся скорость вращения, необходимо очень точно выдержать размеры наноцилиндров. Даже малейшее отклонение от вышеприведенных размеров является причиной достаточно большого отклонения скорости вращения нанодвигателя. В настоящее время исследователи занимаются том, чтобы точно определить то, что заставляет вращаться наноцилиндры под воздействием ультразвуковых колебаний. И лишь после этого можно будет думать о практическом применении обнаруженного учеными эффекта.
В направлении создания нанодвигателей ученым удалось добиться за последние годы достаточно серьезных успехов. Эти двигатели стали еще более меньшими, более надежными и более мощными. А технологий приведения их в действие насчитывается великое множество - электричество, магнитные поля, свет, ультразвук, электромагнитные волны и т.п.
Предыдущие исследования, проведенные учеными NIST, показали, что комбинация магнитных полей и ультразвука может использоваться для управления вращением и перемещением крошечных наноцилиндров. Эксперименты подтвердили теоретические расчеты, но никто не смог точно определить, как быстро вращались эти наноцилиндры. И недавно ученые нашли метод измерения, который показал, что наноцилиндры, погруженные в воду, вращаются со скоростью 150 тысяч оборотов в минуту.
Для того, чтобы измерить скорость вращения нанодвигателя, который представляет собой золотой пруток длиной 2 микрона и диаметром 300 нанометров, ученые использовали крошечные наночастицы из пластика, напоминающего пенопласт. Смесь из золотых наноцилиндров и пластиковых частиц была помещена в воду над поверхностью ультразвукового излучателя. Излучатель генерировал звуковые волны, частотой в 3 МГц, нанодвигатели начинали вращаться, создавая вихри в окружающей их воде, которые, в свою очередь, подхватывали пластиковые наночастицы. Используя сложные расчеты, учитывающие размеры, скорость вращения пластиковых частиц и их удаление от нанодвигателя, ученые вычислили скорость вращения самого нанодвигателя.
В настоящее время исследователи из NIST выяснили, что для того, чтобы получить требующуюся скорость вращения, необходимо очень точно выдержать размеры наноцилиндров. Даже малейшее отклонение от вышеприведенных размеров является причиной достаточно большого отклонения скорости вращения нанодвигателя. В настоящее время исследователи занимаются том, чтобы точно определить то, что заставляет вращаться наноцилиндры под воздействием ультразвуковых колебаний. И лишь после этого можно будет думать о практическом применении обнаруженного учеными эффекта.
Источник: tehnowar.ru
Свежие комментарии