توسعه تکنولوژی سلول‌های خورشیدی آلی با کارایی بالا

تولید کربن مایع برای نخستین بار در آزمایشگاه

به گزارش ویکی تک پلاس، یک تیم بین‌المللی از دانشمندان به رهبری دانشگاه «روستوک» و مرکز «هلمهولتز» در «درسدن-روسندورف» (HZDR)، به بررسی ماده تحت فشار شدید پرداختند. آنها در سال ۲۰۲۳ از لیزر قدرتمند «DIPOLE ۱۰۰-X» در مرکز لیزر الکترون آزاد پرتو ایکس اروپا (European XFEL) استفاده کردند و به نتایج قابل توجهی دست یافتند. آزمایش پیشگامانه آنها با موفقیت رفتار کربن مایع را ثبت کرد، این کار بزرگ آنها طبق گزارش مجله «نیچر» (Nature) پیش از این هرگز انجام نشده بود.

«کربن مایع»؛ کلیدی برای درک درون سیارات و آینده انرژی

«کربن مایع» به صورت طبیعی درون سیارات وجود دارد و می‌تواند نقش مهمی در فناوری‌های انرژی در آینده مانند «گداخت هسته‌ای» (nuclear fusion) ایفا کند؛ اما تا به امروز اطلاعات بسیار اندکی درباره این حالت گریزان ماده وجود داشت. علت این موضوع این مسئله است که کربن تحت شرایط عادی ذوب نمی‌شود بلکه به جای آن مستقیما از جامد به گاز تبدیل می‌شود.

ترکیبی از فشار بالا و دمای بی‌سابقه

برای تبدیل کربن به حالت مایع، به فشار بسیار زیاد و دمایی حدود ۴۵۰۰ درجه سانتی گراد نیاز است؛ یعنی بالاترین نقطه ذوب شناخته شده برای هر ماده‌ای. مدت‌ها است که مهار چنین شرایطی در محیط آزمایشگاهی غیرممکن بوده است؛ زیرا هیچ ظرف فیزیکی توانایی تحمل آن را ندارد.

جهش علمی با فشرده‌سازی لیزری

فشرده‌سازی با استفاده از لیزر، این پیشرفت مهم را رقم زد. با وارد کردن یک پالس کوتاه و شدید انرژی، لیزر DIPOLE ۱۰۰-X توانست کربن جامد را تنها برای کسری از ثانیه به مایع تبدیل کند. چالش اصلی، ثبت داده‌ها در همین لحظه کوتاه بود. با استفاده از امکانات منحصر‌به‌فرد مرکز XFEL اروپا یعنی قدرتمندترین لیزر اشعه ایکس جهان در اشنیفلد در نزدیکی هامبورگ، دانشمندان موفق شدند این حالت گذرا را به صورت زنده اندازه‌گیری کنند.

فناوری اندازه‌گیری بی‌همتا

ترکیب منحصر‌به‌فرد امکانات و زیرساخت‌های مرکز اروپایی پرتوی آزاد اشعه ایکس با لیزر پیشرفته DIPOLE ۱۰۰-X، نقشی حیاتی در موفقیت این آزمایش ایفا کرد. این لیزر (DIPOLE ۱۰۰-X) از سوی شورای تاسیسات علم و فناوری بریتانیا (STFC) توسعه داده شد و از طریق کنسرسیوم کاربران HIBEF در دسترس دانشمندان سراسر جهان قرار گرفت.

اکنون، گروهی از پیشروترین مؤسسات تحقیقاتی بین‌المللی در ایستگاه آزمایشی «HED-HIBEF» (چگالی انرژی بالا) واقع در مرکز اروپایی پرتوی آزاد اشعه ایکس (European XFEL)، برای نخستین بار توانسته‌اند فشرده‌سازی قدرتمند با لیزر را با روشی برای عکس‌برداری بسیار سریع از ساختار اتمی _ با استفاده از اشعه ایکس و آشکارساز‌های گسترده و بسیار دقیق _ ترکیب کنند.

 تصویربرداری در یک میلیاردم ثانیه

در این آزمایش، پالس‌های پرانرژی لیزر DIPOLE۱۰۰-X، امواج فشاری را در نمونه جامد کربن ایجاد می‌کنند و ماده را برای چند نانوثانیه (یک میلیاردم ثانیه) به حالت مایع درمی‌آورند. در طول این مدت، نمونه در معرض تابش پالس کوتاه اشعه ایکس مرکز «European XFEL» قرار می‌گیرد. اتم‌های کربن، نور اشعه ایکس را پراکنده می‌کنند و «الگوی پراش» (diffraction) امکان بررسی آرایش اتمی در کربن مایع را فراهم می‌سازد.

کل آزمایش تنها چند ثانیه طول می‌کشد، اما بار‌ها تکرار می‌شود: هر بار با تاخیر جزئی در پالس ایکس یا در شرایط دما و فشار متفاوت. این عکس‌های لحظه‌ای در کنار هم یک فیلم را تشکیل می‌دهند. دانشمندان با این روش توانستند گذار از فاز جامد به مایع را گام‌به‌گام دنبال کنند.

ساختاری شبیه آب و تعیین دقیق نقطه ذوب

اندازه‌گیری‌ها نشان داد که در کربن مایع، هر اتم کربن چهار همسایه نزدیک دارد؛ بنابراین ساختار اتمی آن به الماس شباهت دارد. پروفسور «دومینیک کراوس»، سرپرست کار گروه کربن این همکاری تحقیقاتی می‌گوید: «این نخستین باری است که توانسته‌ایم ساختار کربن مایع را به صورت تجربی مشاهده کنیم. آزمایش ما پیش‌بینی‌های انجام شده از سوی پیشرفته‌ترین شبیه‌سازی‌های کربن مایع را تایید می‌کند. ما با نوعی مایع پیچیده مواجهیم که ویژگی‌های ساختاری خاصی مشابه آب دارد».

دانشمندان همچنین موفق شدند نقطه ذوب کربن را با دقت بالا تعیین کنند. پیش از این، پیش‌بینی‌های نظری درباره ساختار و نقطه ذوب به طور قابل توجهی متفاوت بوده است. اما دانش دقیق در این زمینه برای مدل‌سازی سیارات، شبیه‌سازی ساختار درونی سیارات و برخی مفاهیم در تولید انرژی از طریق هم‌جوشی هسته‌ای ضروری است.

گامی بزرگ برای دانش مواد در فشار بالا

این نخستین آزمایش «لیزر DIPOLE» در مرکز لیزر الکترون آزاد پرتو ایکس اروپا همچنین آغازی برای عصری نوین در اندازه‌گیری ماده تحت فشار‌های شدید است. دکتر «اولف زاستراو»، سرپرست گروه چگالی انرژی بالا در مرکز تحقیقاتی هلملتز درسدن-روزندورف می‌گوید: «اکنون ما جعبه ابزاری در اختیار داریم که به ما امکان می‌دهد ماده را در شرایطی بسیار کم نظیر با جزئیات خارق‌العاده بررسی کنیم». پتانسیل این آزمایش هنوز به پایان نرسیده است. در آینده، نتایجی که اکنون نیاز به چند ساعت آزمایش دارند، ممکن است تنها در چند ثانیه در دسترس باشند یعنی هر زمان که سیستم کنترل خودکار پیچیده و پردازش داده‌ها به اندازه کافی سریع شوند.

انرژی خورشیدی تحولی در تأمین انرژی و پایداری شبکه برق

به گزارش ویکی تک پلاس، با شتاب‌گیری گذار جهانی به سمت منابع انرژی تجدیدپذیر، به‌ویژه در پی توافقات بین‌المللی مقابله با تغییرات اقلیمی، فشارهای روزافزون برای کاهش انتشار دی‌اکسیدکربن و مقابله با آلودگی هوا، انرژی خورشیدی به یکی از ارکان اصلی راهبردهای ملی و فراملی تبدیل شده است. این منبع پاک نه‌تنها ظرفیت بالقوه‌ای برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای دارد، بلکه می‌تواند ساختار سبد انرژی کشورها را متنوع ساخته و وابستگی به سوخت‌های فسیلی را به‌شدت کاهش دهد.

با این وجود، ادغام گسترده انرژی خورشیدی در شبکه برق، به‌ویژه در مقیاس‌های بزرگ، با چالش‌های فنی، مدیریتی و امنیتی همراه است. ماهیت متناوب و وابسته به شرایط جوی تولید انرژی مبتنی بر خورشید باعث می‌شود که خروجی آن در طول روز و فصول سال به‌شدت نوسان داشته باشد، موضوعی که می‌تواند موجب تغییرات فرکانس و ولتاژ شبکه شود. همچنین در صورت فقدان زیرساخت‌های ذخیره‌سازی، سامانه‌های پیش‌بینی پیشرفته و چارچوب‌های تنظیم‌گری مؤثر، این نوسانات مستقیماً قابلیت اطمینان و کیفیت توان شبکه را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

اهمیت این چالش در کشورهایی مانند ایران که با ناترازی مزمن عرضه و تقاضا، محدودیت ظرفیت تولید و وابستگی به نیروگاه‌های متمرکز روبه‌رو هستند، دوچندان می‌شود؛ به‌طوری که مدیریت ادغام منابع خورشیدی با شبکه به یکی از محورهای کلیدی امنیت انرژی بدل می‌گردد.

تأثیر انرژی خورشیدی بر پایداری شبکه

تولید انرژی خورشیدی ذاتاً متغیر و وابسته به پارامترهایی مانند ساعات روز، زاویه تابش، پوشش ابری، دما و شرایط آب‌وهوایی است. این وابستگی موجب تغییرات لحظه‌ای و گاه شدید در خروجی نیروگاه‌های خورشیدی می‌شود که در صورت همزمانی با افت یا افزایش ناگهانی بار شبکه، می‌تواند منجر به انحراف فرکانس از محدوده مجاز، نوسانات ولتاژ و حتی ایجاد پدیده‌های گذرای الکتریکی گردد. این وضعیت علاوه بر افزایش احتمال خاموشی‌های جزئی یا گسترده، می‌تواند به آسیب تجهیزات حساس، کاهش کیفیت توان و افزایش نرخ فرسودگی زیرساخت‌های شبکه منجر شود.

بررسی تجربه کشورهایی با سهم بالای انرژی خورشیدی در سبد تولید نشان می‌دهد که در صورت فقدان سامانه‌های ذخیره‌سازی، پیش‌بینی دقیق و مدیریت بلادرنگ، امنیت عملکرد شبکه به‌شدت تضعیف خواهد شد. در این کشورها، راهکارهایی همچون استفاده از اینورترهای پیشرفته با قابلیت کنترل دینامیک توان، ایجاد ظرفیت ذخیره‌سازی متمرکز و غیرمتمرکز و پیاده‌سازی شبکه‌های هوشمند، نقش کلیدی در مهار این اثرات ایفا کرده است.
از همین روی، در گام نخست باید به این مسئله توجه داشت که استقرار گسترده نیروگاه‌های خورشیدی در کشور، مستلزم اتخاذ تدابیر فناورانه، زیرساختی و حکمرانی دقیق است.

فناوری‌های ذخیره انرژی خورشید در ساعات اوج تابش

متخصصان حوزه انرژی در پاسخ به چالش‌های ذکر شده در خصوص به‌کارگیری انرژی خورشیدی در شبکه برق سراسری، برخی نوآوری‌های فناورانه و زیرساختی را پیشنهاد می‌دهند. به‌منظور کنترل اثرات منفی تولید انرژی خورشیدی بر شبکه، مجموعه‌ای از فناوری‌های پیشرفته و رویکردهای مهندسی توسعه یافته است که ترکیبی از ذخیره‌سازی، مدیریت توان و پیش‌بینی دقیق را شامل می‌شود. سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی، از جمله باتری‌های لیتیوم-یون با چگالی بالا و سامانه‌های هیدروپمپی با ظرفیت چندصد مگاواتی، قادرند مازاد تولید را در ساعات اوج تابش ذخیره و در زمان کاهش یا قطع تولید، انرژی را به شبکه بازگردانند.

این فرآیند، ضمن تثبیت فرکانس و ولتاژ، امکان پاسخ‌گویی سریع به نوسانات لحظه‌ای را فراهم می‌آورد و در کاهش فشار بر نیروگاه‌های پایه نقش‌آفرینی می‌کند. همچنین، اینورترهای هوشمند نسل جدید با قابلیت کنترل دینامیک توان راکتیو و اکتیو و هماهنگی با سامانه‌های مدیریت پیشرفته، امکان تنظیم لحظه‌ای و خودکار خروجی نیروگاه را متناسب با نیاز شبکه فراهم می‌سازند و می‌توانند در سناریوهای اضطراری نیز از شبکه پشتیبانی کنند.

افزون بر این، سامانه‌های پیش‌بینی مبتنی بر هوش مصنوعی و یادگیری ماشین، با تحلیل داده‌های بلادرنگ هواشناسی، تاریخچه تولید و حتی داده‌های ماهواره‌ای، دقت پیش‌بینی تغییرات تولید انرژی خورشیدی را به سطحی می‌رسانند که برنامه‌ریزی بهینه تولید و ذخیره‌سازی و همچنین مدیریت بار در شبکه به‌صورت پیش‌دستانه امکان‌پذیر می‌شود.

از سوی دیگر، علاوه بر اقدامات فناورانه، چارچوب‌های سیاستی و مقرراتی نقش حیاتی در تضمین ادغام پایدار و ایمن انرژی خورشیدی با شبکه برق ایفا می‌کنند. این چارچوب‌ها باید به‌گونه‌ای طراحی شوند که الزامات فنی، اقتصادی و امنیتی را به‌طور همزمان پوشش دهند. تدوین مقررات الزام‌آور که تولیدکنندگان انرژی تجدیدپذیر را موظف به ارائه خدمات پشتیبان شبکه مانند پشتیبانی ولتاژ، تنظیم فرکانس، ذخیره‌سازی اضطراری و مشارکت در مدیریت بار کند، می‌تواند تاب‌آوری و انعطاف‌پذیری سیستم را به صورت چشمگیری ارتقا دهد.

از سوی دیگر، ایجاد سازوکارهای تعرفه‌ای و بازارهای جانبی برای جبران هزینه‌های این خدمات، انگیزه اقتصادی لازم را برای مشارکت فعال بخش خصوصی فراهم می‌کند. همچنین، سیاست‌های تشویقی هدفمند برای توسعه تولید پراکنده، از جمله نصب پنل‌های خورشیدی پشت‌بامی و سامانه‌های خودتأمین، با توزیع جغرافیایی منابع تولید، فشار بر نیروگاه‌های متمرکز را کاهش داده، ریسک اختلالات سراسری را کم می‌کند و سهم تاب‌آوری محلی را افزایش می‌دهد.

هم‌زمان، همچنین لازم است چارچوب‌های نظارتی و پایش مداوم عملکرد این منابع تدوین گردد تا اطمینان حاصل شود که ادغام انرژی خورشیدی نه‌تنها از نظر زیست‌محیطی پایدار، بلکه از نظر فنی و امنیتی نیز سازگار با نیازهای شبکه ملی است.

میانگین ساعات آفتابی در بسیاری از نقاط ایران بیش از ۳۰۰ روز در سال است

جمهوری اسلامی ایران به‌دلیل موقعیت جغرافیایی ممتاز، پهنه وسیع و میانگین بالای تابش خورشیدی در اغلب مناطق کشور، ظرفیت بالقوه قابل‌توجهی برای توسعه انرژی خورشیدی دارد. بر اساس داده‌های سازمان انرژی‌های تجدیدپذیر و بهره‌وری برق، میانگین ساعات آفتابی در بسیاری از نقاط ایران بیش از ۳۰۰ روز در سال است که مزیتی استراتژیک محسوب می‌شود.

با این حال، ناترازی ساختاری شبکه برق، محدودیت ظرفیت انتقال و توزیع و ضعف در ذخیره‌سازی انرژی، ضرورت توجه به جنبه‌های امنیتی و فنی ادغام انرژی خورشیدی در شبکه برق سراسری را دوچندان می‌کند. وابستگی شبکه به تولید متمرکز حرارتی، فقدان سامانه‌های ذخیره‌سازی در مقیاس بزرگ و کمبود زیرساخت‌های مدیریت هوشمند و پاسخ‌گویی بار، از جمله موانع بنیادین هستند که می‌توانند کارایی و اثرگذاری سرمایه‌گذاری‌های صورت گرفته در زمینه انرژی خورشیدی را محدود کنند.

از سوی دیگر، بهره‌گیری هدفمند از انرژی خورشیدی می‌تواند به کاهش فشار بر شبکه در ساعات اوج مصرف، به‌ویژه در فصل تابستان و در مناطق با مصرف بالای سرمایشی، کمک کرده و سهم انرژی پاک در سبد تولید را به‌شکل محسوسی افزایش دهد. از همین روی، اجرای پروژه‌های ترکیبی انرژی خورشیدی و توسعه زیرساخت ذخیره‌سازی، ارتقای شبکه‌های انتقال و توزیع، توسعه شبکه هوشمند و بازنگری و ارتقای مقررات پشتیبان و تعرفه‌های تشویقی، برای ایران ضرورتی راهبردی و بخشی جدایی‌ناپذیر از سیاست‌گذاری کلان امنیت انرژی محسوب می‌شود.

انرژی خورشیدی می‌تواند همزمان یک فرصت بزرگ و یک چالش جدی برای پایداری شبکه برق باشد. بهره‌گیری بهینه از این منبع، مستلزم رویکردی جامع و چندبعدی است که در آن نوآوری فناورانه، سیاست‌گذاری هوشمند، سرمایه‌گذاری هدفمند زیرساختی و ایجاد ظرفیت نهادی به‌صورت هم‌افزا عمل کنند. در ایران، توجه همزمان به توسعه ظرفیت تولید انرژی خورشیدی در مقیاس نیروگاه‌های متمرکز و سامانه‌های پراکنده، همراه با تقویت زیرساخت‌های ذخیره‌سازی مقیاس بزرگ، مدیریت هوشمند بار، ارتقای ظرفیت شبکه انتقال و توزیع و پیاده‌سازی سامانه‌های پیش‌بینی پیشرفته، می‌تواند راهگشای عبور از بحران ناترازی و ارتقای امنیت انرژی باشد.

در نهایت، می‌توان نتیجه گرفت که این مسیر نیازمند همکاری ساختاریافته و پایدار میان دولت، بخش خصوصی، مراکز پژوهشی و نهادهای تنظیم‌گر است تا انرژی خورشیدی نه‌تنها به‌عنوان یک منبع پاک و کم‌کربن، بلکه به‌عنوان اهرمی برای افزایش تاب‌آوری، انعطاف‌پذیری و پایداری شبکه ملی انرژی ایفای نقش کند و جایگاه کشور را در گذار جهانی به انرژی‌های تجدیدپذیر ارتقا بخشد.

اشتغال خلاق؛ فرصتی طلایی برای کارآفرینی در صنایع فرهنگی

به گزارش ویکی تک پلاس، دومین رویداد تخصصی صنایع خلاق و فرهنگی روز دوشنبه، سوم شهریور در پارک ملی علوم و فناوری‌های نرم و صنایع فرهنگی برگزار شد. این رویداد در دو نوبت صبح و عصر، با هدف بررسی فرصت‌ها، چالش‌ها و راهبردهای توسعه صنایع خلاق میزبان پنل‌ها و پیش‌پنل‌های تخصصی با حضور استادان دانشگاه، مدیران پارک‌های علم و فناوری و فعالان صنایع خلاق و زیست بوم فناوری بود.

در بخش نخست این رویداد، پیش‌پنل «خوداشتغالی بانوان در صنایع خلاق در بستر آمار جهانی» با سخنرانی محمدعلی امینی، رئیس گروه تحلیل داده نمافر، ارائه شد.

پس از آن پنل تخصصی «اشتغال خلاق؛ افقی روشن برای کارآفرینی» با حضور آیدا ملکی، رئیس مرکز رشد دانشگاه هنر اسلامی تبریز، دکتر حبیب‌الله سالارزهی، رئیس پارک علم و فناوری سیستان و بلوچستان، و دکتر فهیمه محمدزمانی، معاون ستاد توسعه فناوری‌های فرهنگی و نرم برگزار شد.

در ادامه، پیش‌پنل «درنگی بر خوشه‌سازی خلاق در جهان و چالش‌ها» با سخنرانی دکتر علی عرب‌مفرد، رئیس مرکز رشد جامع پارک گلستان، ارائه شد.

آخرین بخش نوبت صبح به پنل تخصصی «خوشه‌سازی صنایع خلاق در پارک‌ها؛ راهبردی نو برای ایران» اختصاص داشت که در آن مهندس باقی (معاون اداره کل سیاستگذاری معاونت فناوری وزارت عتف)، دکتر میثم روشنی (پژوهشگر اقتصاد هنر دانشگاه تربیت مدرس) و دکتر سیدمحمدهادی نواب (مدیر استراتژی باسلام) سخنرانی کردند. دبیری این پنل را دکتر حسین مومنی، رئیس پارک علم و فناوری گلستان بر عهده داشت.

در بعدازظهر دومین رویداد تخصصی صنایع خلاق و فرهنگی، پنل تخصصی «معماری صنایع خلاق در پارک‌های علم و فناوری؛ بر پایه نوآوری و روایت» با حضور دکتر فؤاد نجم‌الدین، استاد دانشگاه علم و فرهنگ، و فرزاد فرجی، سرامیست و رئیس هیئت‌مدیره انجمن هنرمندان سفالگر برگزار شد. دبیری این پنل را رامبد خانلری عهده‌دار بود.

دومین رویداد تخصصی صنایع خلاق و فرهنگی پارک‌های علم و فناوری کشور، توسط معاونت فناوری و نوآوری وزارت عتف و به میزبانی پارک فناوری‌های نرم و صنایع فرهنگی جهاد دانشگاهی در حال برگزاری است.

تولید سوپرآلیاژهای موتور هواپیما با فناوری هسته‌ای

به گزارش ویکی تک پلاس، سوپرآلیاژها از جمله مهم‌ترین مواد در صنعت هوانوردی به‌شمار می‌روند. موتورهای هواپیما به دلیل قرار گرفتن در معرض دماهای بسیار بالا، فشارهای شدید و شرایط عملیاتی سخت، نیازمند موادی هستند که هم استحکام مکانیکی بالا داشته باشند و هم در برابر اکسیداسیون و خزش نیز مقاومت نشان دهند. در این میان، فناوری هسته‌ای به‌ویژه در حوزه پرتودهی نوترونی و گاما، امکان اصلاح ریزساختار فلزات و آلیاژها را فراهم کرده است. این فناوری موجب تغییر در توزیع عناصر آلیاژی، کاهش نقص‌های شبکه‌ای و بهبود خواص مکانیکی و حرارتی می‌شود. اهمیت این موضوع در صنعت هوانوردی به‌حدی است که بسیاری از کشورها، سرمایه‌گذاری‌های کلان در این زمینه انجام داده‌اند. در ادامه به بررسی جامع اصول، مزایا، چالش‌ها و آینده تولید سوپرآلیاژهای موتور هواپیما با فناوری هسته‌ای پرداخته خواهد شد.

ضرورت و اهمیت

ایمنی پرواز همواره در صدر اولویت‌های صنعت هوانوردی قرار داشته است. موتور هواپیما به‌عنوان قلب پرنده‌های فلزی، باید در شرایط سخت عملیاتی کارایی خود را حفظ کند. در پروازهای تجاری و نظامی، خرابی موتور می‌تواند خسارات جانی و مالی سنگینی به همراه داشته باشد. بنابراین، استفاده از سوپرآلیاژهایی با مقاومت بالا و عملکرد مطمئن، ضرورتی اجتناب‌ناپذیر است. روش‌های سنتی متالورژی توانسته‌اند آلیاژهای پیشرفته‌ای مانند پایه‌نیکل و پایه‌کبالت را عرضه کنند، اما محدودیت‌هایی در بهبود بیشتر خواص وجود دارد. فناوری هسته‌ای با امکان اصلاح در سطح اتمی، راهکاری نوین برای ارتقای این آلیاژها ارائه می‌دهد. در شرایط رقابت جهانی و افزایش نیاز به موتورهای کارآمدتر و کم‌مصرف‌تر، اهمیت این فناوری بیش‌ازپیش آشکار می‌شود.

معرفی و اصول کلی فناوری

فناوری هسته‌ای در تولید سوپرآلیاژها بر پایه استفاده از پرتوهای پرانرژی است که می‌توانند ساختار داخلی فلزات را تغییر دهند. پرتودهی نوترونی در راکتورهای تحقیقاتی و پرتودهی گاما با استفاده از منابع کبالت-۶۰ یا سزیم-۱۳۷، اصلی‌ترین روش‌های مورد استفاده هستند. این پرتوها با نفوذ به داخل شبکه بلوری فلزات، موجب جابجایی اتم‌ها، ایجاد پیوندهای جدید یا حذف نقص‌های ساختاری می‌شوند. نتیجه این فرایند، آلیاژهایی با خواص ارتقایافته مانند افزایش مقاومت در برابر خزش، بهبود هدایت حرارتی و افزایش استحکام در دماهای بالاست. کنترل دقیق دوز تابش و شرایط فرایند، امکان دستیابی به خواص مطلوب را فراهم می‌کند. این اصول پایه، اساس بسیاری از نوآوری‌های متالورژی هسته‌ای در صنایع هوایی به‌شمار می‌رود.

اجزای اصلی سیستم

برای تولید سوپرآلیاژهای موتور هواپیما با فناوری هسته‌ای، چند جزء کلیدی وجود دارد. نخست، منبع پرتوزا یا راکتور تحقیقاتی است که پرتوهای نوترونی یا گاما را تولید می‌کند. دوم، محفظه پرتودهی است که آلیاژها یا نمونه‌های فلزی در آن قرار می‌گیرند. سوم، سیستم کنترل و مانیتورینگ است که شدت تابش، زمان و شرایط محیطی را به‌دقت تنظیم می‌کند. چهارم، تجهیزات حفاظتی شامل دیوارهای بتنی، سیستم‌های خنک‌کننده و سامانه‌های ایمنی است که از انتشار پرتو به محیط جلوگیری می‌کند. در کنار این اجزا، واحدهای آزمایشگاهی برای سنجش تغییرات ریزساختاری و خواص مکانیکی نقش مهمی دارند. هماهنگی این اجزا موجب می‌شود فرایند تولید به‌صورت ایمن، دقیق و قابل تکرار انجام شود.

انواع کاربردها در صنعت هوانوردی

سوپرآلیاژهای پرتودهی‌شده در بخش‌های مختلف موتور هواپیما کاربرد دارند. یکی از مهم‌ترین کاربردها در پره‌های توربین است که در معرض بالاترین دما و فشار قرار دارند. پرتودهی موجب افزایش مقاومت در برابر خزش و اکسیداسیون این پره‌ها می‌شود. بخش دیگر، محفظه احتراق است که به دمای بالا و واکنش‌های شیمیایی مقاوم‌تر می‌گردد. همچنین، دیسک‌های توربین و کمپرسور با پرتودهی خواص مکانیکی بهتری پیدا می‌کنند. حتی در بخش‌های جانبی مانند یاتاقان‌ها و اتصالات نیز این فناوری می‌تواند دوام و کارایی را ارتقا دهد. به این ترتیب، استفاده از پرتودهی هسته‌ای در تولید سوپرآلیاژها یک تحول چندجانبه در صنعت موتور هواپیما ایجاد می‌کند.

استانداردها و دستورالعمل‌های ملی و بین‌المللی

به‌کارگیری فناوری هسته‌ای در تولید سوپرآلیاژها نیازمند رعایت استانداردهای دقیق است. سازمان بین‌المللی استانداردسازی (ISO) و آژانس بین‌المللی انرژی اتمی (IAEA) مجموعه‌ای از دستورالعمل‌ها برای ایمنی پرتودهی و کیفیت مواد تدوین کرده‌اند. در حوزه هوافضا، استانداردهایی مانند ASME و ASTM نیز الزامات سخت‌گیرانه‌ای برای آلیاژهای مورد استفاده در موتور هواپیما دارند. این استانداردها شامل کنترل دوز تابش، آزمون‌های مکانیکی و شیمیایی، و ارزیابی طول عمر قطعات هستند. در سطح ملی، هر کشور بر اساس قوانین ایمنی پرتو، چارچوب‌هایی برای بهره‌برداری از این فناوری دارد. رعایت این استانداردها نه‌تنها ایمنی کارکنان و محیط زیست را تضمین می‌کند، بلکه کیفیت و اعتمادپذیری قطعات تولیدشده را نیز به بالاترین سطح می‌رساند.

تأثیرات اقتصادی تولید سوپرآلیاژها

از منظر اقتصادی، استفاده از فناوری هسته‌ای برای تولید سوپرآلیاژها می‌تواند بسیار سودمند باشد. موتورهای هواپیما بخش بزرگی از هزینه‌های عملیاتی شرکت‌های هواپیمایی را تشکیل می‌دهند. افزایش طول عمر قطعات و کاهش نیاز به تعمیرات، موجب صرفه‌جویی قابل‌توجهی در هزینه‌ها می‌شود. علاوه بر این، سوپرآلیاژهای پرتودهی‌شده امکان طراحی موتورهایی با بازده بالاتر را فراهم می‌کنند که مصرف سوخت را کاهش می‌دهد. در بازار جهانی نیز کشورهایی که توانایی تولید این آلیاژها را دارند، از مزیت رقابتی بالایی برخوردار می‌شوند. درعین‌حال، توسعه این فناوری فرصت‌های شغلی جدیدی در زمینه مهندسی مواد، هسته‌ای و صنایع هوایی ایجاد می‌کند. این تأثیرات اقتصادی نشان می‌دهد که سرمایه‌گذاری در این حوزه توجیه‌پذیر و راهبردی است.

فرایند و روش انجام تولید با فناوری هسته‌ای

فرایند تولید سوپرآلیاژ با فناوری هسته‌ای شامل چند مرحله است. ابتدا آلیاژ پایه از عناصر مورد نظر مانند نیکل، کبالت، کروم و مولیبدن ساخته می‌شود. سپس نمونه‌های آماده در محفظه پرتودهی قرار می‌گیرند و تحت تابش نوترونی یا گاما قرار می‌گیرند. شدت و مدت پرتودهی بر اساس خواص مورد نظر تنظیم می‌شود. در طول تابش، تغییرات ساختاری در سطح اتمی رخ می‌دهد و نقص‌های شبکه‌ای کاهش می‌یابد. پس از پرتودهی، نمونه‌ها تحت آزمون‌های دقیق مکانیکی و حرارتی قرار می‌گیرند تا بهینه بودن فرایند تأیید شود. در مرحله نهایی، سوپرآلیاژهای پرتودهی‌شده برای ساخت قطعات موتور هواپیما مورد استفاده قرار می‌گیرند. این فرایند نیازمند هماهنگی دقیق میان متالورژیست‌ها و متخصصان هسته‌ای است.

مزایای این روش نسبت به روش‌های سنتی

تولید سوپرآلیاژها با استفاده از فناوری هسته‌ای مزایای متعددی دارد. نخست، امکان اصلاح ریزساختار در سطح اتمی وجود دارد، درحالی‌که روش‌های سنتی چنین دقتی ندارند. دوم، این روش موجب بهبود هم‌زمان چندین ویژگی مانند مقاومت در برابر خزش، اکسیداسیون و شوک حرارتی می‌شود. سوم، پرتودهی قابلیت یکنواختی بیشتری دارد و خواص نهایی در کل قطعه همسان خواهد بود. چهارم، استفاده از فناوری هسته‌ای می‌تواند زمان و هزینه فرایندهای سنتی مانند عملیات حرارتی یا مکانیکی را کاهش دهد. این مزایا باعث شده است که بسیاری از صنایع هوایی به‌دنبال توسعه و استفاده از این روش باشند.

چالش‌ها و محدودیت‌های موجود

با وجود مزایا، فناوری هسته‌ای در تولید سوپرآلیاژها با چالش‌هایی نیز روبه‌رو است. هزینه بالای احداث و نگهداری مراکز پرتودهی یکی از موانع اصلی است. علاوه بر این، دسترسی به منابع پرتوزا یا راکتورهای تحقیقاتی محدود است و بسیاری از کشورها چنین زیرساختی ندارند. رعایت استانداردهای ایمنی پرتو نیازمند آموزش تخصصی و سرمایه‌گذاری گسترده است. همچنین، مصرف‌کنندگان ممکن است نگرانی‌هایی درباره استفاده از مواد پرتودهی‌شده داشته باشند، هرچند این نگرانی‌ها با آموزش و شفاف‌سازی قابل رفع است. از نظر فنی نیز کنترل دقیق دوز تابش و جلوگیری از آسیب‌های ناخواسته به ساختار آلیاژ، چالشی مهم محسوب می‌شود. برای غلبه بر این محدودیت‌ها، همکاری بین‌المللی، تحقیق و توسعه مداوم و سیاست‌گذاری‌های حمایتی ضروری است.

اثر این راهکار در رفع چالش‌های صنعتی

صنعت هوانوردی همواره با چالش‌هایی مانند افزایش دمای کاری موتور، کاهش مصرف سوخت و ارتقای ایمنی روبه‌رو بوده است. سوپرآلیاژهای سنتی تا حدی توانسته‌اند این مشکلات را برطرف کنند، اما محدودیت‌های ذاتی آن‌ها مانع پیشرفت بیشتر شده است. فناوری هسته‌ای با اصلاح ریزساختار و خواص آلیاژها، راهکاری عملی برای رفع این موانع ارائه می‌دهد. برای مثال، پرتودهی می‌تواند مقاومت در برابر خزش را به‌طور قابل‌توجهی افزایش دهد و این موضوع امکان طراحی موتورهایی با راندمان بالاتر را فراهم می‌سازد. همچنین، کاهش آسیب‌پذیری در برابر اکسیداسیون و خوردگی به افزایش عمر مفید قطعات کمک می‌کند. این فناوری موجب کاهش نیاز به تعویض مکرر قطعات و صرفه‌جویی در هزینه‌های تعمیر و نگهداری می‌شود.

پیشرفت‌های نوین در این حوزه

تحقیقات اخیر نشان می‌دهد که ترکیب فناوری هسته‌ای با سایر روش‌های نوین متالورژی، نتایج چشمگیری به همراه داشته است. برای مثال، استفاده از پرتودهی نوترونی هم‌زمان با افزودن عناصر نانوساختاری به آلیاژها، موجب بهبود چشمگیر مقاومت حرارتی شده است. همچنین، روش‌های شبیه‌سازی رایانه‌ای و مدل‌سازی کوانتومی به محققان امکان داده‌اند اثر تابش را بر ساختار اتمی به‌طور دقیق پیش‌بینی کنند. این دستاوردها موجب شده زمان و هزینه آزمایش‌های عملی کاهش یابد. از سوی دیگر، توسعه منابع پرتوزای با بازده بالاتر و سامانه‌های پرتودهی ماژولار، کارایی فرایند را افزایش داده است. این پیشرفت‌ها نویدبخش آینده‌ای است که در آن تولید سوپرآلیاژهای موتور هواپیما به‌طور گسترده با فناوری هسته‌ای انجام خواهد شد.

نقش این فناوری در ارتقای ایمنی پرواز

ایمنی پرواز ارتباط مستقیمی با کیفیت و دوام موتور هواپیما دارد. هرگونه نقص در موتور می‌تواند به حادثه‌ای فاجعه‌بار منجر شود. سوپرآلیاژهای پرتودهی‌شده به دلیل مقاومت بالاتر در برابر دما و فشار، احتمال خرابی ناگهانی را به‌شدت کاهش می‌دهند. این موضوع به‌ویژه در پروازهای طولانی‌مدت و در ارتفاع بالا اهمیت دارد. همچنین، کاهش نیاز به تعمیرات مکرر باعث می‌شود هواپیماها زمان بیشتری را در خدمت عملیاتی باشند و هزینه‌های زمین‌گیر شدن کاهش یابد. از منظر ایمنی، این فناوری می‌تواند استانداردهای جدیدی برای طراحی و بهره‌برداری از موتورهای هوایی ایجاد کند. به این ترتیب، استفاده از سوپرآلیاژهای تولیدشده با فناوری هسته‌ای به‌طور مستقیم به حفظ جان مسافران و خدمه کمک می‌کند.

اثرات زیست‌محیطی و پایداری

صنعت هوانوردی یکی از منابع مهم انتشار گازهای گلخانه‌ای است. کاهش مصرف سوخت و افزایش بهره‌وری موتور هواپیما نقش مهمی در کاهش اثرات زیست‌محیطی دارد. سوپرآلیاژهای پرتودهی‌شده با تحمل دماهای بالاتر، امکان طراحی موتورهایی با راندمان بیشتر را فراهم می‌کنند و در نتیجه مصرف سوخت و انتشار آلاینده‌ها کاهش می‌یابد. علاوه بر این، افزایش طول عمر قطعات موجب کاهش نیاز به تولید و جایگزینی مکرر آن‌ها می‌شود که این مسئله مصرف منابع طبیعی و انرژی را کاهش می‌دهد. از منظر پایداری، این فناوری همسو با اهداف توسعه پایدار و کاهش اثرات منفی صنعت هوافضا بر محیط زیست ارزیابی می‌شود.

آینده‌شناسی و روندهای فناورانه

آینده تولید سوپرآلیاژها با فناوری هسته‌ای بسیار روشن پیش‌بینی می‌شود. روندهای جهانی نشان می‌دهد که صنایع هوایی به‌سوی استفاده از مواد سبک‌تر و مقاوم‌تر حرکت می‌کنند. فناوری هسته‌ای این امکان را فراهم می‌آورد که محدودیت‌های سنتی در طراحی آلیاژها کنار گذاشته شود. در آینده، ترکیب این فناوری با هوش مصنوعی و یادگیری ماشین می‌تواند فرایند بهینه‌سازی پرتودهی را سرعت بخشد. همچنین، توسعه راکتورهای تحقیقاتی کوچک و مراکز پرتودهی منطقه‌ای دسترسی کشورهای بیشتری را به این فناوری ممکن خواهد کرد. پیش‌بینی می‌شود طی دو دهه آینده، بخش بزرگی از موتورهای هواپیما با استفاده از سوپرآلیاژهای پرتودهی‌شده ساخته شوند.

نقش همکاری‌های علمی و صنعتی

موفقیت در به‌کارگیری فناوری هسته‌ای برای تولید سوپرآلیاژها نیازمند همکاری گسترده میان دانشگاه‌ها، صنایع و نهادهای دولتی است. دانشگاه‌ها تحقیقات بنیادی در زمینه اثر تابش بر ساختار مواد را انجام می‌دهند، درحالی‌که صنایع هوایی تجربیات عملی خود را ارائه می‌کنند. دولت‌ها نیز با فراهم‌سازی زیرساخت‌های هسته‌ای و تدوین سیاست‌های حمایتی نقش کلیدی ایفا می‌کنند. همکاری‌های بین‌المللی نیز می‌تواند انتقال دانش و فناوری را تسهیل کند. تجربه کشورهای پیشرو نشان داده است که بدون چنین همکاری‌هایی، توسعه فناوری بسیار کند خواهد بود. در ایران نیز ایجاد شبکه‌ای از مراکز دانشگاهی، صنعتی و هسته‌ای می‌تواند مسیر توسعه این حوزه راهبردی را هموار کند.

سیاست‌گذاری و حمایت‌های دولتی

توسعه فناوری‌های راهبردی مانند متالورژی هسته‌ای بدون حمایت دولت‌ها امکان‌پذیر نیست. سیاست‌های حمایتی شامل سرمایه‌گذاری در زیرساخت‌ها، اعطای وام‌های کم‌بهره به صنایع هوایی، و تدوین استانداردهای ملی هماهنگ با استانداردهای بین‌المللی است. دولت‌ها همچنین می‌توانند از طریق تأمین بودجه پروژه‌های تحقیقاتی و ایجاد مراکز تخصصی پرتودهی، زمینه رشد این فناوری را فراهم کنند. حمایت از صادرات سوپرآلیاژها و قطعات تولیدشده با این روش نیز می‌تواند انگیزه بیشتری برای سرمایه‌گذاری ایجاد کند. تجربه کشورهایی مانند ژاپن و ایالات متحده نشان می‌دهد که سیاست‌گذاری مناسب می‌تواند مسیر توسعه فناوری را به‌سرعت هموار کند.

توصیه‌های کاربردی برای صنایع هوایی

برای صنایع هوایی که قصد بهره‌گیری از این فناوری را دارند، چند توصیه کلیدی مطرح است: نخست، انتخاب دقیق آلیاژهای پایه که بیشترین واکنش مثبت را به پرتودهی نشان می‌دهند. دوم، همکاری نزدیک با مراکز پرتودهی و پژوهشی برای تضمین کیفیت فرایند. سوم، آموزش نیروی انسانی در زمینه ایمنی پرتو و اصول متالورژی هسته‌ای. چهارم، انجام آزمون‌های دقیق مکانیکی و حرارتی پس از پرتودهی برای اطمینان از دستیابی به خواص مطلوب. نهایتاً، سرمایه‌گذاری در تحقیق و توسعه برای بهبود مداوم فرایند و کشف کاربردهای جدید. رعایت این توصیه‌ها می‌تواند موفقیت استفاده از فناوری هسته‌ای در تولید سوپرآلیاژها را تضمین کند.

جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

فناوری هسته‌ای چشم‌انداز تازه‌ای برای تولید سوپرآلیاژهای موتور هواپیما گشوده است. این فناوری با اصلاح ریزساختار آلیاژها در سطح اتمی، موجب افزایش مقاومت در برابر دما، فشار و خوردگی می‌شود و بدین‌ترتیب ایمنی و کارایی پرواز را ارتقا می‌دهد. با وجود چالش‌هایی مانند هزینه بالا و نیاز به زیرساخت‌های پیشرفته، مزایای این فناوری به‌مراتب بیشتر است. تجربه کشورهای پیشرو نشان داده است که با سرمایه‌گذاری، سیاست‌گذاری و همکاری علمی می‌توان این فناوری را به مرحله کاربرد صنعتی گسترده رساند. آینده صنعت هوانوردی وابسته به مواد جدید و کارآمد است و فناوری هسته‌ای یکی از کلیدهای اصلی این تحول به‌شمار می‌رود.

استفاده از هوش مصنوعی برای کمک به صنایع خلاق

فعالان صنایع خلاق باید دیجیتال مارکتینگ بیاموزند

به گزارش ویکی تک پلاس، دکتر زهرا بهروزآذر، در دومین رویداد صنایع خلاق و فرهنگی که امروز (دوشنبه سوم شهریورماه) با حضور محمدنبی شهیکی‌تاش، معاون فناوری و نوآوری وزارت علوم، علی منتظری رئیس جهاد دانشگاهی و محمدحسین ایمانی خوشخو رئیس دانشگاه علم و فرهنگ در دانشگاه علم و فرهنگ برگزار شد، گفت: نگاه ما در دولت چهاردهم به موضوع صنایع خلاق، صرفاً اقتصادی نیست. ما صنایع خلاق را موتور محرکه توسعه همزمان اقتصادی، اجتماعی و فرهنگی می‌دانیم، زیرا این صنایع بر پایه نوآوری، فرهنگ، هنر و فناوری شکل می‌گیرند.

وی افزود: ویژگی مهم صنایع خلاق این است که به طور همزمان هم در اشتغال‌زایی مؤثرند و هم در حفظ هویت فرهنگی نقش‌آفرینی می‌کنند. این صنایع عرصه‌های متنوعی را از تولید محتوا و صنایع دستی گرفته تا طراحی مد، موسیقی، فیلم، گردشگری و دیگر محصولات فرهنگی دربر می‌گیرند.

معاون رئیس‌جمهور با بیان اینکه زنان نیمی از جمعیت کشور و نیمی از سرمایه فکری و تخصصی جامعه هستند، اظهار کرد: زنان نقشی بسزا در توسعه صنایع خلاق دارند. باور ما این است که برای فعال‌تر شدن و اثرگذاری بیشتر در این حوزه قلب و موتور محرکه صنایع خلاق، کارآفرینی فرهنگی است.

وی با بیان اینکه کارآفرینی فرهنگی تفاوت مهمی با انواع دیگر کارآفرینی دارد گفت: این نوع کارافرینی بر داشته‌ها و میراث فرهنگی، سنت‌ها، هنرها و هویت‌های بومی استوار است. ایران به دلیل تنوع قومی، زبانی و مذهبی خود، دارای سرمایه‌ای عظیم و فرصت‌های فوق‌العاده‌ای در این حوزه است. امیدواریم با راهبری و تسهیل‌گری پارک‌های فناوری، بتوانیم بسترهای لازم برای رشد این هنرها و فعالیت‌ها را بیش از پیش فراهم کنیم.

وی به ضرورت‌های توسعه کارآفرینی پرداخت و گفت: برای توسعه کارآفرینی فرهنگی چند محور اصلی را باید تقویت کنیم. هر کارآفرینی از خلاقیت و نوآوری آغاز می‌شود؛ بنابراین لازم است افراد خلاق و نوآور را جذب و پرورش دهیم. اگر در جذب موفق نبوده‌ایم یا تعداد افراد جذب‌شده پایین است، باید تلاش کنیم افراد فعال در دیگر حوزه‌ها را نیز به این عرصه وارد کنیم و خلاقیت آن‌ها را پرورش دهیم. هرچند پرورش خلاقیت بیش از همه در کودکی اتفاق می‌افتد، اما این به معنای ناتوانی بزرگسالان در خلاق شدن نیست. با آموزش‌ها و تکنیک‌های ویژه می‌توانیم نگاه خلاقانه را در بزرگسالان نیز دوباره زنده کنیم.

بهروز آذر به اهمیت ترویج نگرش مثبت و ذهنیت رشد در افراد اشاره کرد و گفت: متأسفانه بسیاری از ما، به‌ویژه مسئولان، به دلیل مواجهه مداوم با مشکلات و ذهنیت مثبت را از دست می‌دهیم. باید کمک کنیم این نگرش و امید در افراد تقویت شود تا خلاقیت و نوآوری امکان بروز و رشد پیدا کند.

معاون امور زنان و خانواده رئیس‌جمهور تأکید کرد: محور دوم، سرمایه فرهنگی کشور است. ما میراث فرهنگی وسیع، سنت‌های ارزشمند و پیشینه هنری غنی داریم. متأسفانه در سال‌های گذشته به دلیل بی‌توجهی، بخشی از این داشته‌ها به فراموشی سپرده شده یا مورد غفلت قرار گرفته است. باید برای احیای این میراث اقدام کنیم و فرصت‌های جدیدی را در این عرصه به روی مردم بگشاییم.

وی با بیان اینکه محور سوم، آموزش مهارت‌های مدیریت کسب‌وکار به فعالان صنایع خلاق است، گفت: خلاقیت و ایده به‌تنهایی کافی نیست. زمانی یک فعالیت پایدار می‌شود که به محصول یا خدمتی تبدیل شود که مشتری حاضر باشد برای آن هزینه کند. هنرمندان ما غالباً از این نکته غفلت کرده‌اند و به همین دلیل در توسعه بازار و پایداری فعالیت‌های خود دچار مشکل شده‌اند. باید به فعالان این عرصه آموزش دهیم تا محاسبات مالی، هزینه فایده، طراحی محصول و شناخت نیاز مشتری را یاد بگیرند.

وی چهارمین موضوع را شبکه‌سازی و همکاری با نهادهای ملی و بین‌المللی دانست، گفت: اکنون تمام اعضای دولت پای کار هستند تا این شبکه‌ها ایجاد و تقویت شوند. ما تلاش داریم ظرفیت‌های موجود ملی را یکپارچه کنیم و پارک‌های فناوری می‌توانند نقش مهمی در این ارتباطات نهادی و توسعه اکوسیستم ایفا کنند.

بهروزآذر به موضوع بهره‌گیری از فناوری‌های نوین و دیجیتال پرداخت و گفت: فعالان صنایع خلاق باید دیجیتال مارکتینگ را بیاموزند، اقتصاد دیجیتال را درک کنند و محصولات خود را در این بستر عرضه و ارتقا دهند. اگر بتوانیم در این زمینه‌ها فعالیت کنیم، می‌توانیم با تکیه بر کارآفرینی فرهنگی به‌عنوان قلب تپنده صنایع خلاق، شاهد رشد و توسعه این حوزه باشیم.

وی با بیان اینکه صنایع خلاق با سازوکار و روش‌های کارآفرینی فرهنگی می‌توانند توسعه یابند، خاطرنشان کرد: مهم‌ترین اثر این صنایع در جامعه ما، اثر اجتماعی و هویتی آن‌هاست. تقویت هویت ملی و انسجام اجتماعی بدون تردید از مسیر توسعه کارآفرینی فرهنگی و صنایع خلاق امکان‌پذیر است.

بهروز آذر با تاکید بر اهمیت انسجام فرهنگی گفت: امیدوارم انسجام فرهنگی که این روزها به بهانه تلخ و شوم جنگ در کشور پررنگ‌تر شده، به فرصتی پایدار برای رشد ایران بدل شود و ظرفیت‌ها و داشته‌هایی که سال‌ها به آن‌ها بی‌توجه بودیم، امروز باید دوباره پررنگ شود و قدرشان دانسته شود.