سرمایه‌گذاری ارتش آمریکا روی یک اختراع عجیب

خبرآنلاین: خنک نگاه داشتن وسایل الکترونیکی در ارتفاعات بالا و خارج از جو، کار سختی است، ولی محققان در آستانه کشف یک راه‌حل برای این مشکل هستند.

زمانی که به کلمه "پلاسما" فکر می‌کنید، طبیعتا دما‌های بسیار بالایی به ذهنتان خطور می‌کند. طبیعتا پلاسما که سوپی از الکترون‌های آزاد است که به ستاره‌ها و احتمالا راکتور‌های همجوشی آینده بشر نیرو می‌دهد.

در نتیجه این واقعا تعجب‌آور است که دانشمندان دانشگاه ویرجینیا در حال استفاده از پلاسما برای ساخت یک اشعه منجمدکننده هستند. حالا این اختراع، حسابی توجه نیروی هوایی آمریکا را به خود جلب کرده.

پروفسور پاتریک هاپکینز در این رابطه گفته: «شما در فضا هستید؛ جایی که خلا حکمفرماست. یا در اتمسفر بالایی زمین هستید، جایی که هوای بسیار کمی وجود دارد که خنک شود. در این شرایط وسایل الکترونیکی شما داغ و داغ‌تر می‌شوند و چه کار می‌توانید بکنید؟ شما نمی‌توانید محموله بزرگی از مایع خنک‌کننده را همراهتان ببرید؛ چون وزن زیادی خواهد داشت. پس راه‌چاره چیست؟»

سرمایه‌گذاری نیروی هوایی آمریکا

ایده مطرح شده برای حل این مشکل باعث شده تا نیروی هوایی آمریکا، بودجه‌ای ۷۵۰ هزار دلاری را دراختیار آزمایشگاه هاپکینز (برای آزمایش و شبیه‌سازی در مهندسی حرارتی ExSiTE LAB) قرار دهد و قرار بر این است که در سه سال آتی، از این بودجه برای یافتن راه‌حلی برای این مشکل با بهره‌گیری از پلاسما استفاده شود. اما پلاسما (موادی که خورشید واقعی را تشکیل می‌دهند)، چگونه می‌تواند به خنک کردن وسایل الکترونیکی کمک کند؟

در حال حاضر، برای خنک کردن وسایل الکترونیکی از صفحات سرد برای هدایت گرما از سیستم‌های حساس‌شان استفاده می‌شود. اما هاپکینز می‌گوید که با پیشرفته‌تر شدن سیستم‌های الکترونیکی، این روش ممکن است کافی نباشد. اگرچه خود پلاسما بسیار داغ است، ولی زمانی که به سطوح برخورد می‌کند، رفتار‌های ناشناخته‌ای از خود نشان می‌دهد و قبل از آنکه سطح را گرم کند، در ابتدا آن را خنک می‌کند. هاپکینز و تیمش در آزمایش خود، یک پالس بنفش پلاسما را از طریق سوزنی که در یک عایق سرامیکی محصور شده بود به یک صفحه طلا هدایت کردند.

هاپکینز دراین باره گفت: «آنچه من در آن تخصص دارم، اندازه‌گیری‌های بسیار سریع و کوچک دماست.» نتایج این آزمایش در اواسط جولای در ژورنال ACS Nano منتشر شد. طبق گفته هاپکینز: «وقتی ما پلاسما را فعال کردیم، توانستیم دما را بلافاصله در منطقه‌ای که پلاسما با آن برخورد کرده، اندازه‌گیری کنیم و توانستیم ببینیم که سطح چطور تغییر کرد. آنچه مشاهده کردیم این بود که در ابتدا سطح سرد شد و بعد از آن دما بالا رفت.»

ماجرا چیست؟

برای درک اینکه چطور سطح در ابتدا خنک می‌شود، هاپکینز از چندین میکروسکوپ و تکنیکی به نام "دماسنج نوری با تفکیک زمانی" برای اندازه‌گیری انعکاس حرارتی استفاده کرد (یعنی اندازه‌گیری بازتاب نور براساس دمای روی سطح). هاپکینز و اعضای تیمش کشف کردند که انفجار یک لایه بسیار نازک از مولکول‌های کربن و آب روی سطح صفحه، باعث افت حرارتی اولیه می‌شوند.

او دراین باره گفت: «هیچ اطلاعاتی دراین باره وجود نداشت که بتوانیم از آن استفاده کنیم. چرا که در هیچ یک از مقالات قبلی توان اندازه‌گیری تغییر دما، با دقتی که ما در حال بررسی‌اش هستیم، وجود نداشته. پلاسما گونه‌های جذب شده را جدا کرده و انرژی آزاد می‌شود و همین باعث خنک شدن سطح می‌شود.»

خنک سازی با پلاسما تنها چند میکروثانیه طول می‌کشد، ولی هاپکینز تصور می‌کند که روزی در آینده یک بازوی رباتیک برروی یک فضاپیما بتواند به سرعت قطعات الکترونیکی داغ شده را خنک کرده و قبل از آنکه بیش از حد داغ شوند، آن‌ها را خنک کند. در حال حاضر اعضای این تیم در حال آزمایش کردن گاز‌ها و مواد دیگری هستند تا بتوانند اثر این شیوه خنک کردن را طولانی‌تر کنند.