لیزر به‌جای شمع

راه‌های بهتری برای افزایش قدرت احتراق موتور و کاهش آلودگی ناشی از احتراق سوخت وجود دارد. در حال حاضر و به‌دلیل افزایش بی‌رویه تردد با خودروها در سطح شهرهای بزرگ جهان دانشمندان هم به فکر یافتن راه‌هایی جهت کاهش آلودگی هوا و راهکاری جهت جلوگیری از آلودگی بیش از حد ناشی از احتراق سوخت خالص افتاده‌اند.

در آخرین مورد این تحقیقات محققان اعلام کرده‌اند که می‌توان از لیزر در فرایند احتراق خودرو استفاده کرد. لیزر از زمان اختراع در سال‌های اولیه سده بیستم بیشتر در زمینه‌های پزشکی، نظامی و تحقیقاتی به کار گرفته می‌شد، در سال‌های اخیر دانشمندان موفق شده بودند جراحی چشم را با استفاده از اشعه‌لیزر انجام دهند و استفاده از لیزر در پرتاب موشک‌ نیز در عرصه نظامی مرسوم شده بود. اما اخیرا 2گروه تحقیقاتی از کشورهای ژاپن و رومانی در تحقیقات خود نوعی لیزر را طراحی کرده‌اند که بتوان از آن به جای شمع در خودروها استفاده کرد.

بر مبنای اخبار انتشار‌یافته در بی‌بی‌سی محققان اعلام کرده‌اند که موتور خودروها در آینده به جای شمع با لیزر روشن می‌شوند. یک گروه تحقیقاتی در کنفرانسی که روز اول مه (یعنی همین امروز) برگزار می‌شود، اعلام خواهد کرد که موفق به طراحی لیزرهایی شده که قادر است با مخلوط هوا و سوخت، موتورهای احتراقی را روشن کند.

استفاده از این لیزر به جای شمع خودرو سبب خواهد شد که میزان کارایی موتور خودرو افزایش و همزمان آلودگی ناشی از احتراق سوخت خالص کاهش یابد.

پیش‌تر نیز درباره جایگزینی لیزر با شمع خودرو سخن به میان آمده بود. در حدود 150سال است که از تکنولوژی شمع به منظور احتراق موتور خودروها استفاده می‌شود و تاکنون راه حلی برای جایگزینی این تکنولوژی پیدا نشده بود. بنا بر تعاریف ارائه‌شده شمع در خودرو ابزاری است برای انتقال جرقه‌های متناوب برق داخل سیلندرها که در انتهای سیلندر و روی سرسیلندر در موتور خودرو نصب می‌شود و برق موتور که با حرکت متناوب دلکو به سر شمع‌ها می‌رسد، طوری تنظیم شده که هنگام فشردگی بخار بنزین در انتهای سیلندر، جرقه‌ای از انتهای شمع ساطع شده، باعث انفجار بنزین و حرکت موتور می‌شود.


احتراق خودرو با شمع سبب کاهش کارایی موتور می‌شود و فلزی که باعث ایجاد جرقه در شمع و روشن‌شدن موتور می‌شود به مرور زمان خورده و فرسوده می‌شود.

یک گروه تحقیقاتی از ژاپن و رومانی سیستمی را به نمایش گذاشته‌اند که می‌تواند ۲ تا ۳اشعه لیزر را در عمق‌های مختلف یک سیلندر موتور متمرکز کند. این عمل به بهینه‌سازی فرایند احتراق در خودرو منجر شده و از سایش قطعات در اثر گذشت زمان جلوگیری می‌کند. اما این مسئله نیازمند آن است که از لیزرهای با پالس بالای انرژی استفاده شود، همانطور که در شمع‌ها نیز به انرژی بالایی برای اشتعال سوخت نیاز است.

تاکونوری تایرا، از مؤسسات ملی علوم طبیعی ژاپن در اوکازاکی ژاپن می‌گوید: لیزرها در گذشته به‌دلیل بزرگی و ناکارآمدی تنها در تحقیقات اولیه مورد استفاده قرار می‌گرفتند. برای حل این مشکل و جلوگیری از انهدام فیبرهای نوری انتقال‌دهنده نور به سیلندرها برای انتقال اشعه‌های لیزر پرقدرت، محققان از پودر سرامیک استفاده کردند که فشرده شده و به صورت سیلندرهایی به اندازه شمع درآمده است.

این ابزارهای سرامیکی، لیزرهای اصلاح‌شده‌ای هستند که انرژی را از لیزرهای کم‌قدرت‌تر و متراکم گرفته، آن را از طریق فیبر نوری عبور داده و در بازه‌ زمانی بسیار کوتاه آزاد می‌کنند. بر خلاف کریستال‌های شکننده و حساسی که نوعا در لیزرهای پر‌قدرت استفاده می‌شوند، ابزارهای سرامیکی قوی‌تر بوده و بهتر می‌توانند گرما را به موتورهای احتراقی برسانند.این گروه در حال مذاکره با دنزو، یکی از تولیدکنندگان بزرگ اجزای خودرو هستند تا این تکنولوژی را به صورت تجارتی درآورند.

لیزر
اما لیزر چیست و چگونه به‌عنوان ابزاری در علم مورد استفاده قرار می‌گیرد؟ لیزر ابزاری است که نور را به صورت پرتوهای موازی بسیار باریکی که طول موج مشخصی دارند ساطع می‌کند. این دستگاه از ماده‌ای جمع‌کننده یا فعال‌کننده نور تشکیل شده که درون محفظه تشدید نور قرار دارد. این ماده پرتو نور را که به وسیله یک منبع انرژی بیرونی (از نوع الکتریسیته یا نور) به وجود آمده، تقویت می‌کند.

نخستین بار طرح اولیه لیزر را اینشتین داد. کار لیزر اینگونه ‌است که با تابش یک فوتون به یک ذره اتم مولکول یا یون، یک فوتون دیگر نیز آزاد می‌شود که این دو فوتون با یکدیگر، هم‌فرکانس هستند. با ادامه این روند شمار فوتون‌ها افزایش می‌یابد که می‌توانند باریکه‌ای از فوتون‌ها را به وجود بیاورند.

لیزر- این نور شگفت- از نظر ماهیت هیچ تفاوتی با نور عادی ندارد و خواص فیزیکی لیزر، آن را از نورهای ایجاد‌شده از دیگر منابع متمایز می‌سازد. از نخستین روزهای تکنولوژی لیزر، به خواص ویژه آن پی برده شد. این خواص بستری عظیم برای کاربردهای وسیع این پدیده در علوم گوناگون به‌ویژه صنعت و پزشکی ایجاد کرده‌است. پیشرفت دانش بدون تکنولوژی لیزر امکان‌پذیر نیست.شاید مهم‌ترین بخش فیزیک اتمی، بحث فیزیک لیزر باشد.

با دادن انرژی به الکترون‌های یک اتم می‌توان آنها را به مدارهای بالاتر برد. اما این خانه جدید برای الکترون‌ها جایگاه چندان پایداری نیست و الکترون‌ها ترجیح می‌دهند با پس‌دادن انرژی به مدار اصلی خود برگردند.

این انرژی به صورت یک فوتون با فرکانس مشخص آزاد می‌شود؛ یعنی یک واحد انرژی. نور از همین فوتون‌ها ساخته می‌شود پس اگر با تعداد زیادی از اتم‌ها همزمان این کار را انجام دهیم، می‌توانیم پرتو نوری تک‌فرکانس ایجاد کنیم؛ علاوه بر اینکه با روش‌ها و دقت‌هایی می‌توان پرتوهای هم‌فاز تولید کرد. این پدیده اساس تولید پرتوهای لیزر است. ویژگی‌های منحصربه‌فرد لیزر آن را از نورهای دیگر متمایز می‌سازد. لیزر از 3بخش تشکیل شده است: 1- چشمه انرژی خارجی یا دمنده 2- محیط تقویت کننده 3- کاواک اپتیکی یا تشدیدگر.

منبع : همشهری آنلاین