2018 | 08:05 تشرين الأول 21 الأحد
مصادر معنيّة لـ"المستقبل": التشاور بين الحريري وجعجع تناول اعادة صياغة التشكيلة الحكومية وتجاوز العقد المعلنة تحت سقف حكومة متوازنة | موغيريني: الاتحاد الأوروبي يصر على ضرورة إجراء تحقيق شامل وشفاف عن وفاة خاشقجي يضمن محاسبة كل المسؤولين عن موته | "بوكو حرام" تذبح 12 فلاحا بالمناجل في نيجيريا | ترامب: ولي العهد السعودي ربما لم يكن على علم بمقتل خاشقجي وإلغاء صفقة السلاح للسعودية سيضرنا أكثر مما يضرهم | مقتل 55 شخصاً في أعمال عنف في شمال نيجيريا | وزير الخارجية الالماني: ألمانيا يجب ألا توافق على مبيعات أسلحة للسعودية قبل اكتمال التحقيقات في مقتل خاشقجي | الاتحاد الأوروبي: ظروف مقتل خاشقجي تعد انتهاكا صارخا لاتفاقية فيينا للعلاقات القنصلية | الولايات المتحدة و الصين تؤيدان مبادئ توجيهية لتفادي حوادث الطائرات العسكرية | الجيش اليمني يعلن عن اقترابه من إحكام سيطرته الكاملة على مديرية الملاجم في محافظة البيضاء وسط اليمن | الحكومة الأردنية: الإجراءات السعودية ضرورية في استجلاء الحقيقة حول ملابسات القضية وإحقاق العدالة ومحاسبة المتورطين | وزير الخارجية الفرنسي: الطريقة العنيفة لقتل خاشقجي تتطلب تحقيقاً عميقاً | أجهزة الطوارئ الروسية: ثلاثة من القتلى الأربعة جراء الانفجار في مصنع للألعاب النارية في مدينة غاتشينا شمال - غرب روسيا كانوا مواطنين أجانب |

الفيزيائيون الروس يبتكرون طريقة جديدة للكشف عن الغازات المتفجرة

متفرقات - الأربعاء 15 تشرين الثاني 2017 - 10:48 -

قام علماء في الجامعة الوطنية للأبحاث النووية بتصميم نموذج لجهاز قادر على كشف عنصر الهيدروجين دون مساعدة من أجهزة الاستشعار الحرارية. وقامت مجلة "رسائل الفيزياء التقنية" بنشر مقالة متعلقة بهذه الدراسة، تلقت دعما ماليا من وزارة التعليم والعلوم في روسيا الاتحادية.
ويتم تحويل الهيدروجين في خليط مع الهواء إلى غاز متفجر — خليط متفجر. ولذلك، يطور العلماء مختلف أجهزة استشعار الهيدروجين التي يمكن أن تعمل في ظروف العمل الصعبة (على سبيل المثال، ارتفاع درجة الحرارة أو الغاز المركز).

تستخدم أجهزة الاستشعار الحرارية باعتبارها أجهزة تقليدية للكشف عن الهيدروجين في غازات الهواء المخلوطة. وتعمل هذه الأجهزة من خلال حقيقة أنه يمكن لمزيج الهواء والهيدروجين على سطح البلاتين أن يؤدي إلى تفاعل اشتعال الهيدروجين، الذي يرفع درجة حرارة هذا السطح. يقوم جهاز الاستشعار بتسجيل درجة الحرارة المرتفعة، من خلال الكشف عن وجود الهيدروجين وكميته في الهواء. ولكن الحجم الكبير لهذه العناصر الحرارية يخلق المشاكل، عندما يتم دمج الحساسات في أجهزة استشعار متعددة الوظائف المصنعة على شريحة واحدة. لذلك، فإنه من الأهمية بمكان بالنسبة للأبحاث هو استخدام الاحتياطيات "الداخلية" من أشكال الأغشية الرقيقة التي تم إنشاؤها على ركائز بلورات أحادية من كربيد السيليكون. أي أنه يمكن بهذا الشكل التخلي عن مصادر الطاقة الخارجية، وذلك باستخدام كرد فعل التغييرات فقط في خصائص المواد التي يمكن قياسها.

قرر علماء الجامعة الوطنية للأبحاث النووية دراسة كيفية تغيير خصائص هيكل MOSiC (أكسيد معدني كربيد السيليكون) اعتمادا على كمية الهيدروجين في الهواء المحيط. ولهذا الغرض قام الباحثون بوضع شريحتين على لوحة كربيد السيليكون (حجم 15 × 15 مم، سماكة 400 ميكرون): "الشريحة العملية"، الحساسة لشريحة أكسيد التنغستن الهيدروجينية (سماكة 200 نانومتر) وشريحة البلاتين (10 نانومتر)، والتي ينبغي ان تسرع التفاعل الكيميائي. وعلى الجانب الخلفي من هذه اللوحة، تم إجراء اتصال كهربائي لقياس التيار.

تم تثبيت عينة الاختبار على سخان خاص يضمن الاستقرار في درجة الحرارة. عملية زيادة درجة حرارة العينة تحاكي ظروف تشغيل أجهزة الاستشعار في النظم الحقيقية. في حين أن استقرار درجة الحرارة يضمن التقاسم الصارم للآثار في أجهزة الاستشعار، وذلك بسبب تغيرها وتأثير الهيدروجين. وبين السخان والعينة هناك لوحة من الياقوت مع طبقة من الذهب لعزل الاتصال الخلفي من التأثيرات الكهرومغناطيسية الخارجية. نقوم بوضع السخان مع عينة الاختبار في مكان من الفولاذ المقاوم للصدأ حيث يمكن إنشاء خليط الهواء والهيدروجين مع تركيز مسيطر عليه من العنصر الأخير.

ومن أجل تسجيل الهيدروجين قمنا بقياس الإشارة الكهربائية المولدة بين جانبي العينة: الجانب الأول الحساس بالنسبة للغاز (أكسيد التنغستن) والجانب الثاني الخلفي. وبالتالي فإن ضخ الهيدروجين إلى وسط الهواء بتركيز يصل حتى 2٪ أدى إلى زيادة الإشارة بنسبة 15 ضعفاً — وهو أعلى بكثير من استجابة النظام نفسه، المسجل بطريقة تقليدية. ويكمن هذا الأخير في قياس التيار المتدفق من خلال الهيكل عند تغيير الجهد الخارجي المطبق. في الطريقة الجديدة، يتم قياس التيار المتدفق من خلال لوحة من الجانب "الأمامي" إلى "الخلفي" دون تطبيق الجهد الخارجي. في الوقت نفسه فإن الهيكل المشكل MOSiC كان يعمل من دون وضع طبقة محفزة من مادة البلاتين الثمينة، في حين تبين أن قوة إشارة الاستجابة من الهيدروجين كانت تكفي لوضعها موضع التنفيذ دون مصادر طاقة إضافية.

"إن سرعة وحجم الاستجابة على الهيدروجين تشير إلى الإمكانية الفعلية لاستخدام التأثير الذي تم الكشف عنه في أجهزة استشعار الهيدروجين ذات درجات الحرارة المرتفعة على كربيد السيليكون. إن الخصائص الهيكلية والكيميائية والكهرفيزيائية للشرائح التي تم الحصول عليها تتعرض لتغيرات ملحوظة عن طريق الاتصال مع جزيئات الهيدروجين، وخاصة في ظل درجات الحرارة المرتفعة (500 درجة مئوية). التغييرات متعددة العوامل في شريحة أكسيد الحديد تحت تأثير الهيدروجين تتجلى في توليد النبضة الكهربائية المسجلة بين السطح الخلفي وسطح رقاقة كربيد السيليكون أنصاف الموصلات"، هكذا يقول أحد المؤلفين، كبير الباحثين في معهد LaPlaz في الجامعة الوطنية للأبحاث النووية البروفسور فياتشيسلاف فومينسك.

إن عملية تسجيل الهيدروجين والغازات المتفجرة الأخرى في ظروف معقدة من درجات الحرارة وتركيزات عالية هي مشكلة ملحة للعلوم والعديد من الصناعات. وبحسب رأي الباحثين، فإن التصميم الجديد سيسمح بإنتاج أجهزة كشف فعالة ليس فقط للهيدروجين، ولكن أيضا للغازات المتفجرة الأخرى.

(سبوتنيك)