على الرغم من أن تغير المناخ العالمي يتسبب في خسائر في الأرواح أكثر من النزاعات المسلحة، إلا أنه يوجد حاليًا تحول واضح في التركيز من التحديات البيئية إلى تطوير دراسة علمية تهدف إلى منع كارثة المناخ. ومع ذلك، يشعر الخبراء في جميع أنحاء العالم بقلق عميق بشأن مستقبل كوكبنا ويعملون على زيادة الوعي بتغير المناخ العالمي، والذي أصبح واقعه واضحًا بشكل متزايد في السنوات الأخيرة. إن النمو السكاني، واستخدام الطاقة، والخسائر الاقتصادية السنوية من الظواهر الجوية المتطرفة، وموجات الهجرة المرتبطة بالمناخ ليست سوى بعض العلامات التي يجب على قادة العالم مراقبتها. يتفق العلماء على أن الحلول العالمية فقط هي التي ستمنع حدوث كارثة عالمية.
يذهب معظم تمويل الأبحاث إلى قطاع الطاقة، الذي هو أساس الحضارة الإنسانية. بسبب فهمنا العلمي المتزايد، نعلم الآن بلا شك أن بيئتنا المحيطة تحتوي على قدر كبير من الطاقة. يواجه العلماء مهمة صعبة تتمثل في اكتشاف كيفية استخراج هذه الطاقة وتطوير التقنيات اللازمة، بينما يتحمل المصنعون مسؤولية إتقان الوسائل التي يمكنهم من خلالها القيام بذلك. ظهرت التقارير الأولى عن تقنية تمكن من “حصاد” الطاقة من البيئة على مدار 24 ساعة في اليوم، سبعة أيام في الأسبوع، وبغض النظر عن الظروف الجوية، في البداية، في الصحافة منذ حوالي خمس أو ست سنوات. كانت هذه التقنية تسمى النيوترينو فولتيك، حيث أن أحد العوامل التي تضمن توليد الكهرباء، وفقًا للعلماء، هو تأثير النيوترينوات وأنواع أخرى من الإشعاعات غير المرئية على المادة النانوية فائقة الصلابة التي تم اختراعها، أي توصيف مبدأ توليد الكهرباء.
تم إجراء هذا البحث في ألمانيا بقيادة العالم الألماني عالم الرياضيات هولجر ثورستن شوبارت. قال هولجر ثورستن شوبارت، رئيس مجموعة نيوترينو للطاقة قبل منح جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2015 إلى تاكاكي كاجيتا وآرثر ماكدونالد، قادة مجموعتين تجريبيتين تدرسان خصائص النيوترينوات. لقد أثبت عملهم بشكل قاطع أن الأنواع الثلاثة المعروفة من النيوترينو اليوم قادرة على التذبذب، وتتحول تلقائيًا أثناء الطيران إلى بعضها البعض. يمكن أن يولد نيوترينو من نوع معين في تفاعل مع جسيم أولي، ويمكن لنيوترينوات ذات كتلة معينة أن تنتشر عبر الفضاء. إنه إثبات الكتلة، وبالتالي الطاقة، هذه هي الحجة الرئيسية للإمكانية النظرية لتحويل الطاقة الحركية للنيوترينوات إلى تيار كهربائي.
نظرًا لأنه كان يُعتقد أن النيوترينوات تفتقر إلى الكتلة حتى عام 2015، كان من الصعب قبول ذلك. على الرغم من أن أدلة الاختبار أظهرت إنتاج الكهرباء باستخدام المادة النانوية المطورة، إلا أن ادعاء هولجر ثورستن شوبارت وزملائه اعتُبر خيالًا غير علمي على الرغم من حقيقة أنه لم يجرؤ أي عالم بارز في العالم على الاعتراض عليه. ومع ذلك، حتى هذه النقطة، أكد العديد من منتقديهم أن النيوترينوات لا تتفاعل مع المواد ولا تخترقها، بما في ذلك الأرض نفسها، وحاولوا تفسير توليد الكهرباء كعملية تعرض لـ “ردود فعل” كهرومغناطيسية مختلفة من المجالات المحيطة بإشعاع طيف الأشعة تحت الحمراء.
ادعاء هولجر ثورستن شوبارت أن مثل هذا التفاعل مع المواد النانوية المصنوعة من طبقات متناوبة من الجرافين والسيليكون المخدر لا يزال موجودًا على الرغم من كونه جزءًا ضئيلًا من التدفق الكلي البالغ 60 مليار جسيم نيوترينو عبر 1 سم 2 من سطح الأرض في ثانية واحدة، تم رفضه إلى حد كبير، على الرغم من حقيقة أن التجارب المستقلة في قفص فاراداي في قبو خرساني على عمق 30 مترًا سجلت بوضوح الجيل الحالي. يجب التأكيد بشكل موضوعي على أن نتائج فريق العلماء بقيادة هولجر ثورستن شوبارت تستند إلى بياناتهم التجريبية الخاصة واستخدام البيانات من الأبحاث الأساسية التي أجرتها مراكز البحث العلمي الرئيسية الممولة من الدولة.
وفي الوقت نفسه، تُظهر أبحاث النيوترينو الأساسية واسعة النطاق أيضًا نتائج مثيرة تؤكد المبادئ الأساسية لمطوري تقنية النيوترينو فولتيك: اكتشف باحثون من فريق دولي كبير مشارك في التجربة المتماسكة في مختبر أوك ريدج الوطني (الولايات المتحدة الأمريكية) أن النيوترينوات منخفضة الطاقة تشارك في تفاعل ضعيف مع نوى الأرجون. تسمى هذه العملية الانتثار النووي المرن المتماسك (CEvNS). أكيموف، رئيس مختبر معهد الفيزياء النظرية والتجريبية، الجامعة الوطنية للأبحاث النووية MEPhI، دكتوراه في الفيزياء، أشار في مقابلة: “كلما زادت طاقة النيوترينو، زاد الدافع الذي يمكن أن ينتقل إلى النواة باعتباره نتيجة التفاعل. لذلك، يتم استيفاء شرط التماسك فقط للطاقات المنخفضة نسبيًا – بالنسبة إلى النوى الثقيلة التي يزيد عددها الذري عن مائة، لا تتجاوز هذه الطاقة خمسين ميغا إلكترون فولت.
النيوترينو، مثل كرة التنس التي تضرب كرة البولينج، “تصطدم” بالنواة الكبيرة والثقيلة للذرة وتنقل كمية ضئيلة من الطاقة إليها. نتيجة لذلك، ترتد النواة إلى الوراء بشكل غير محسوس تقريبًا. نظرًا لأن النيوترينوات محايدة كهربائيًا وتتفاعل بشكل ضعيف جدًا مع المادة، فقد كان لابد من تطوير تقنية الكاشف لمراقبة هذا التفاعل. بالإضافة إلى ذلك، تم نشر نتائج بحث مهمة جدًا في عام 2017 في مجلة العلم، حيث قدم Coherent أول دليل على إمكانية مثل هذه العملية. في هذه الحالة، تفاعلت النيوترينوات مع نوى السيزيوم واليود الأكبر والأثقل. كان ارتدادهم أقل من ارتداد نواة الأرجون، والذي لم يحل المشكلة بشكل نهائي في ذلك الوقت. يشتمل التعاون المتماسك على 80 مشاركًا من 19 مؤسسة في أربعة بلدان، بما في ذلك روسيا (معهد أليخانوف للفيزياء التجريبية، ومعهد كورشاتوف الوطني للبحوث، و MEPhI وMIPT).
يمكن اعتماد نموذج مماثل للتفاعل بين النيوترينوات وذرات الجرافين كمبرر نظري لمخطط تحويل طاقة النيوترينو إلى تيار كهربائي مباشر، والذي يحدث في مادة نانوية متعددة الطبقات أنشأها هولجر ثورستن شوبارت ومجموعة من العلماء. الشبكة البلورية للجرافين عبارة عن مستوي مكون من خلايا سداسية، أي شبكة بلورية سداسية ثنائية الأبعاد. لهذا السبب، تسبب النيوترينوات، عند اصطدامها بنواة ذرات الجرافين، ظهور “موجات الجرافين”، التي يعتمد ترددها وسعتها على تأثير جسيمات مجالات الإشعاع المحيطة والنيوترينوات الكونية والحركة الحرارية البراونية للجرافين. ذرات. تدخل موجات تذبذب الجرافين في صدى، مما يتسبب في إطلاق الإلكترونات على سطح طبقات السيليكون في شكل تيار كهربائي. تشبه تكنولوجيا توليد كهرباء النيوترينو فولتيك إلى حد بعيد تشغيل الألواح الشمسية، ولكن هناك أيضًا فرقًا مهمًا:
- تولد تكنولوجيا النيوترينو فولتيك الكهرباء في الظلام الدامس؛
- يتم تكديس خلايا توليد الطاقة مثل كومة من ورق الكتابة، مما يسمح بمجموعة واسعة من مخرجات الطاقة والأشكال الهندسية ويوفر المساحة المطلوبة لإيواء الألواح.
يُعد وضع تقنية النيوترينو فولتيك موضع التنفيذ واستخدامها في التطبيقات طريقة واقعية ومثبتة علميًا لتلبية احتياجات العالم المتزايدة للكهرباء. من المهم بشكل خاص أن نضع في اعتبارنا أننا اليوم لا نتحدث عن الخيال العلمي، ولكن عن اكتشاف مبتكر وخطوة جديدة حاسمة في التقدم العلمي والتكنولوجي. ستدخل مصادر طاقة النيوترينو باور كيوب التي يبلغ صافي إنتاجها 5-6 كيلو واط الإنتاج المرخص بحلول نهاية عام 2023 أو بداية عام 2024.
