Dziś jest niedziela, 20 październik 2019 r.
Energoelektronika.pl na stronach Facebook REKLAMA MAPA SERWISU KONTAKT
Strona główna Załóż konto Artykuły branżowe Katalog firm Seminaria FAQ Kalendarium Słownik Oferta
Wyszukaj
1USD 3.8503 -0.35% 1EUR 4.2844 -0.01% 1GBP 4.9671 +0.43%
Zaloguj się
Login (adres e-mail):
Haslo:
  Rejestracja
  Zapomniałem hasła
Reklama

Aktualności
Przed nami 32. edycja targów ENERGETAB 2019
więcej
Cykl szkoleń z zakresu programowania sterowników SIMATIC S7-300, S7-1200
więcej
Przyszłość sektora motoryzacji w Polsce ? raport Banku Pekao S.A.
więcej
Siemensa buduje fabrykę dla Przemysłu 4.0 w Polsce
więcej

Zobacz archiwum

Kalendarium
23 październik 2019
LUMENexpo Targi Techniki Świetlnej  
więcej
29 październik 2019
73. edycja Seminarium dla Służb Utrzymania Ruchu  
więcej
Newsletter
Jeżeli chcesz otrzymywać aktualne informacje o wydarzeniach w branży.
Podaj e-mail do subskrypcji:


Artykuły branżowe
29 sierpień 2012.

Teraherce, żyrotrony, tokamaki

Teraherce, żyrotrony, tokamaki

Senat PWr poparł wniosek rektora Politechniki o utworzenie naukowego (wirtualnego) Centrum Techniki Terahercowej. Inicjatorem tej koncepcji jest prof. Edward Pliński (I-28, W-4), który przedstawił zebranym uzasadnienie takiej działalności. Wynika ona z zainteresowań podstawową wiedzą i zastosowaniami terahercowego zakresu fal.


Prof. Gregory S. Nusinovich przybył na PWr dzięki programowi Visiting Professors

"Zapomniane" pasmo o częstotliwości od 0,1 do 10 THz leży między daleką podczerwienią i falami milimetrowymi. Zarówno mikrofale, jak i podczerwień znalazły szerokie zastosowanie w technice, zwłaszcza w systemach bezpieczeństwa (a także - chciałoby się powiedzieć w systemach niebezpieczeństwa, czyli aplikacjach militarnych). Pasmo terahercowe zostało "odkryte" pod tym względem ok. 10 lat temu. W ostatnich latach rozpoznano na tyle właściwości fal terahercowych, że można przewidywać ich liczne zastosowania.

Pożytek z techniki terahercowej

- Technika terahercowa zmusza badacza do wejścia w biologiczne podstawy medycyny, ponieważ te częstotliwości znajdują zastosowanie w spektroskopii molekularnej. Przykładem może być aplikacja do identyfikacji związków o podobnej strukturze, jak trójalanina i glicyna lub glukoza i laktoza. Ich pozornie podobne cząsteczki - mogą być dobrze rozróżnione za pomocą dalekiej podczerwieni, bo ciężkie molekuły zostawiają inne "linie papilarne". W farmacji stosuje się fale powyżej 300 cm-1, gdyż pozwala to łatwo stwierdzić, czy substancja ma postać uwodnioną czy nie - mówi prof. Edward Pliński.

Teraherce o mocy kilku watów można uzyskać w synchrotronach, ale są jednak dziedziny, w których pracuje się na dużo wyższych energiach. Obecnie w Polsce zainwestowano w taki sprzęt. Zespół badawczy z Krakowa uzyskał dotację z MNiSW na synchrotron. Synchrotron z undulatorem, który moduluje wiązkę, pozwala osiągać większe moce. Po uzupełnieniu urządzenia o zwierciadła uzyskuje się laser na swobodnych elektronach, który może dać moc do 20 W. Ostatnio (4 czerwca br.) zapadła decyzja, że w Narodowym Centrum Badań Jądrowych w Świerku pod Warszawą będzie budowany laser na wolnych elektronach (Polish Free Electron Laser POLFEL). Może więc czas na Wrocław? Moglibyśmy wejść w ten trójkąt naukowy Kraków- Warszawa-Wrocław z żyrotronem - uważa prof. Pliński. - Gdyby mocno zakręcić elektrony w helisę, mogą one dać silne promieniowanie obejmujące też zakres terahercowy.

Podjął on już starania na rzecz integracji międzynarodowego środowiska. W tym celu wrocławska delegacja (prof. Edward Pliński, prof. Maciej Chorowski, prof. Piotr Słobodzian) bawiła w Karlsruhe Institut fur Technologie (KIT), w zespole znanego w tej dziedzinie prof. Manfreda Thumma. Cieszący się również międzynarodową sławą prof. Grigorij S. Nusinowicz (Gregory Nusinovich) z University of Maryland - wykształcony w kręgu twórców żyrotronu.

- Dysponujący żyrotronem prof. Olgierd Dumbrajs z Rygi (University of Latvia) i prof. N. Idehara w Japonii (TAMA University) to kolejni badacze, których współpraca nas interesuje - mówi prof. Pliński.

Żyrotrony są stosowane do zasilania plazmy w tokamaku, dlatego rozwój żyrotronów jest tym w znacznym stopniu uwarunkowany. (Koncepcję tokamaka stworzyli w 1950 r. Igor J. Tamm i Andriej D. Sacharow.) Tokamak, czyli Toroidalnaja Kamiera s Magnitnymi Katuszkami to toroidalna komora z cewką magnetyczną, która służy do prowadzenia kontrolowanej reakcji termojądrowej.

Znawca żyrotronów

Technika fuzji jądrowej to nadzieja na tanie i niewyczerpalne źródło energii. Znajdują tu zastosowanie urządzenia żyrotronowe służące do wytwarzania gorącej plazmy. Ile żyrotronów dużej mocy pracuje obecnie w świecie? Radziecko- amerykański naukowiec prof. G.S. Nusinovich jest dobrze zorientowany.

- Na 24 żyrotronach oparty jest europejski projekt tokamaka (tj. systemu kontrolowanej reakcji termojądrowej) ITER, który ma być sfinalizowany w ciągu pięciu lat. Jest też Stellarator Wendelstein 7X w Greifswaldzie (oddział Instytutu Fizyki Plazmowej Maxa Plancka) w płn. Niemczech, gdzie będzie 10 żyrotronów o mocy megawatowej. W Japonii (w miejscowości Naka) zbudowano też wielkie urządzenia LHD (Large Helical Device), jak stellarator JT-60U, służący do utrzymywania gorącej plazmy i badania warunków zachodzenia kontrolowanej reakcji jądrowej. W Rosji nie ma nowych działających tokamaków (są 30-letnie), choć planuje się budowę nowego. W USA, w czołowej inwestycji DIII-D (San Diego, CA) jest sześć żyrotronów, każdy o mocy 1 MW, czas trwania impulsu jest stosunkowo krótki (5-10 sekund). Również w Wielkiej Brytanii są takie urządzenia dużej mocy. Ale liczba specjalistów z tej dziedziny jest niewielka - to głównie eksperci. Sądząc po popycie na specjalistyczną literaturę (np. moją książkę z 2004 r.) oceniam, że to 200-300 osób. Choć oczywiście to tylko "szczyt góry lodowej". Przy takich urządzeniach pracuje także wielu inżynierów, którzy zajmują się szczegółowymi zagadnieniami, nie główną ideą - podkreśla prof. Gregory S. Nusinovich

15 maja 2012 r. wygłosił on na PWr dwa wykłady na temat żyrotronów: To understand the gyrotron i Gyrotrons for plasma experiments: historical overview.

plasma experiments: historical overview. Wynaleziony w ZSRR żyrotron jest typem masera na swobodnych elektronach. W milimetrowym zakresie falowym daje dużą moc dzięki temu, że jego wymiary mogą być dużo większe niż długość fali. Obserwowane zjawisko grupowania się czy paczkowania (bunching) elektronów, czyli efekt lokalnego zagęszczania się ich strumienia, spowodowany szybkością modulacji, uwarunkowane jest efektem relatywistycznym, określanym jako niestabilność masera z rezonansem cyklotronowym. Szybkość elektronu w żyrotronie jest porównywalna z szybkością światła, choć nie jest jej bliska.

Żyrotrony są stosowane w wielu dziedzinach przemysłu i w nowoczesnych rozwiązaniach technologicznego podgrzewania, np. w badaniach nad kontrolowaną fuzją jądrową służą do grzania plazmy, zaś w przemyśle wytwórczym - jako szybkie narzędzie do obróbki szkła, kompozytów, ceramiki oraz do wygrzewania baterii słonecznych i elementów półprzewodnikowych. Pozwalają na przemysłową obróbkę termiczną za pomocą wysokoczęstotliwościowej wiązki mikrofalowej. Duża gęstość mocy pozwala na selektywne i ultraszybkie oddziaływanie.

Prof. Nusinovich przedstawił kilka istotnych problemów dotyczących konstrukcji żyrotronów: mechanicznych naprężeń, kriomagnetyzmu, gospodarowaniu ciepłem. Pytany, na jakie problemy techniczne powinni się nastawiać wychowankowie uczelni technicznej, którzy chcieliby się zająć żyrotronami, powiedział:


System kontrolowanej reakcji termojądrowej ITER będzie wykorzystywał 24 żyrotrony

- W rozwiązaniach wysokiej mocy wszystkie elementy konstrukcji i technologii są ważne. Każdy z elementów musi spełniać wysokie wymogi. Na przykład okienko, przez które wyprowadza się wiązkę, stanowi krytyczny składnik konstrukcji, zwłaszcza od ok. 20 lat, gdy zastosowano moce 200-300 KW w bardzo długich impulsach. Krótsze impulsy, nawet przy wyższej mocy, nie są już tak szkodliwe. Dziś mamy rozwiązania (produkcji np. De-Beers Company czy jednej z firm działających w Niemczech), które wytrzymują 1 a nawet 2 MW ciągłej mocy. Trzeba też rozwiązywać problemy chłodzenia, jakości próżni, nieszczelności, "cieknących" kolektorów, z których pod wpływem ciepła coś się wydziela. By urządzenie mogło sprawnie działać przy ciągłej mocy rzędu megawatów, wszystko musi być bardzo dobrze zaprojektowane i starannie sprawdzone.

Maria Kisza Zdjęcia: Krzysztof Mazur, materiały z wykładu

Źródło: Pryzmat
O nas  ::  Regulamin  ::  Polityka prywatności (Cookies)  ::  Reklama  ::  Mapa stron  ::  FAQ  ::  Kontakt
Ciekawe linki: www.klimatyzacja.pl  |  www.strony.energoelektronika.pl  |  promienniki podczerwieni
Copyright © Energoelektronika.pl