Phòng thí nghiệm Sandia phát triển thành công máy phát nơ-tron siêu nhỏ

Thảo luận trong 'Khoa học' bắt đầu bởi bk9sw, 26/8/12. Trả lời: 32, Xem: 9486.

  1. bk9sw

    bk9sw Moderator

    Tham gia:
    30/3/08
    Được thích:
    73,127
    Best Answers:
    2
    bk9sw
    VIP
    Đang tải sandia-neutristor-neutron-generator-chip-2.jpg…

    Máy phát nơ-tron mang lại những công cụ phân tích và thử nghiệm vật liệu cho nhiều ngành công nghiệp và lĩnh vực khác nhau bao gồm khai thác dầu mỏ, luyện kim nặng, bảo tồn tác phẩm nghệ thuật, điều tra khám nghiệm và y khoa. Tuy nhiên, rất nhiều ứng dụng trong số đó lại bị giới hạn bởi kích thước lớn của những chiếc máy phát nơ-tron. Để loại bỏ giới hạn này, hệ thống phòng thí nghiệm quốc gia Sandia (SNL) chuyên phát triển và hỗ trợ các thành phần không hạt nhân của vũ khí hạt nhân tại Hoa Kỳ đã phát minh ra một loại máy phát nơ-tron thu nhỏ với tên gọi neutristor.

    Nơ-tron được phát hiện là một sản phẩm của các phản ứng nhiệt hạch hóa phóng xạ vào năm 1932. Trong một thập kỷ sau đó, nơ-tron được sử dụng chủ yếu bởi các mục đích khoa học. Trong chiến tranh thế giới thứ 2, 2 quả bom phát nổ tại Nhật đều được trang bị một máy phát nơ-tron để kích nổ một khối lượng lớn vật liệu dễ phân hạch vào đúng thời điểm. Sự kiện này đã góp phần tạo nên bức màn bí ẩn đằng sau những chiếc máy phát nơ-tron.

    Nguồn nơ-tron sẵn có cho khoa học và công nghiệp bao gồm các máy gia tốc hạt (kích thước bằng cả một căn phòng lớn), lò phản ứng hạt nhân (kích thước tương đương nhiều tòa nhà), và các vật liệu phóng xạ với kích thước chỉ bằng ngón tay. Trong khi hầu hết các nhà nghiên cứu và công ty sản xuất đều không dễ gì tiếp cận với lò phản ứng hay máy gia tốc thì việc phát triển một thiết bị phát nơ-tron nhỏ gọn để mở rộng các ứng dụng cho nguồn nơ-tron là một ý tưởng không tồi.

    Có 3 bước tiếp cận chính để sử dụng các đồng vị phóng xạ nhằm phát và thu hoạch nơ-tron. Đầu tiên là nguồn nơ-tron từ phản ứng phóng xạ nhiệt hạch. Một ví dụ là plutonium trộn lẫn với beryllium. Plutonium sản sinh ra các hạt alpha (hạt nhân Helium) phản ứng với các hạt nhân beryllium tạo thành một nơ-tron và một cặp hạt alpha. Thứ 2 là nguồn nơ-tron từ các đồng vị trải qua quá trình tự phân hạch. Những nguồn tự phân hạch thường chứa Californium-252, một đồng vị có tính phóng xạ cao, phân rã bằng cách chia tách làm 2 phần với sản phẩm còn lại là nơ-tron. Cuối cùng là quang nơ-tron, trong đó các tia gamma siêu mạnh sẽ phá vỡ beryllium thành chuỗi sản phẩm tương tự như nguồn phóng xạ nhiệt hạch nơ-tron.

    Những chiếc máy phát phóng xạ nơ-tron thông thường sẽ thải ra khoảng 1 tỉ nơ-tron mỗi giây với một động năng vài MeV (Megaelectron Volt). Năng lượng từ các nơ-tron sản sinh chỉ vào khoảng 1 milliwatt nhưng việc thu hoạch những nơ-tron này cũng đủ để đáp ứng cho nhiều ứng dụng khác nhau.

    Vấn đề với các nguồn phát phóng xạ nơ-tron là chúng quá nguy hiểm, khi đã vận hành thì không thể tắt giữa chừng và không phải lúc nào cũng được sử dụng theo khuyến cáo của những người hiểu biết. Trong nhiều trường hợp, việc thu hoạch còn yêu cầu những lớp vật liệu che chắn rất lớn so với với kích thước của nguồn nơ-tron. Mặc dù những nguồn cung cấp như vậy vẫn được sử dụng cho một số công tác nhất định nhưng suy cho cùng thì những chiếc máy gia tốc hạt hay máy phát nơ-tron với kích thước thu nhỏ, phù hợp với các hệ thống điện tử vẫn là giải pháp tối ưu hơn.

    Máy phát nơ-tron thu nhỏ sẽ gia tốc các ion Deuterium (D) hoặc Tritium (T) để tăng động năng lên 100 KeV (Kiloelectron Volts) hoặc ít hơn, điều này phụ thuộc vào một mức nhiệt độ khoảng 1 tỉ độ Kelvin. Những ion này sau đó được dẫn thành một chùm bắn phá một mục tiêu có chứa Deuterium. Khi Deuterium được sử dụng trong chùm ion, 2 ion Deuterium sẽ phản ứng với nhau (D-D), trong khi nếu sử dụng Tritium, một ion Deuterium và một ion Tritium sẽ phản ứng với nhau (D-T). Trong cả 2 trường hợp, sản phẩm phụ của phản ứng nhiệt hạch đều là nơ-tron.

    Có 2 vấn đề chính với những chiếc máy phát nơ-tron dựa trên phương pháp gia tốc đó là kích thước và chi phí. Xy-lanh với đường kính 7,5 cm của máy phát là quá lớn đối với những ứng dụng như thử nghiệm các liệu pháp cấy ghép điều trị ung thư hay tập trung nguồn nơ-tron vào một mục tiêu nào đó (Vd: kiểm tra các mối hàn). Thêm vào đó, giá khởi điểm cho những chiếc máy phát nơ-tron không hề rẻ, thường trên dưới 100 nghìn USD.

    Máy phát nơ-tron nhỏ gọn của SNL:

    Đang tải sandia-neutristor-neutron-generator-chip-3.jpg…

    Bỏ qua những lo ngại về kích thước và chi phí, SNL đã công bố phát triển thành công một loại máy phát nơ-tron giúp giải quyết những vấn đề trên bằng việc tích hợp một máy gia tốc hạt vào một con chip. Thiết bị có tên gọi neutristor bao gồm nhiều lớp cách ly bằng gốm do sử dụng điện áp rất lớn. Thêm vào đó, thiết bị được cho là sẽ tạo ra nơ-tron thông qua phản ứng D-D. Phản ứng D-T thực ra dễ thực hiện hơn nhưng D-D lại giúp loại trừ việc sử dụng các vật liệu phóng xạ trong thiết bị.

    Một điện áp sẽ được đặt vào giữa nguồn ion và mục tiêu bắn phá chứa Deuterium, qua đó các ion Deuterium từ nguồn phát có thể được thu hút bởi mục tiêu. Ion tăng tốc trong một "miền trôi" nằm giữa nguồn ion và mục tiêu bắn phá. Miền trôi phải được đặt trong môi trường chân không để các ion không bị phân tán với phân tử khí. Khi các ion mang năng lượng đập vào mục tiêu, một phần nhỏ của chúng sẽ gây ra phản ứng D-D từ đó tạo ra nơ-tron. SNL không công bố về điện áp gia tốc được sử dụng với neutristor. Các máy phát nơ-tron thương mại thường sử dụng điện áp khoảng 100 kV nhưng để thu hoạch nơ-tron tốt nhất thì điện áp phải dưới 10 kV.

    Thấu kính ion làm biến đổi từ trường giữa nguồn ion và mục tiêu bắn phá, vì vậy, các ion được gia tốc sẽ tập trung vào mục tiêu chứa Deuterium nạp sẵn. SNL cũng không đề cập tới cách thức lưu trữ khí Deuterium nhưng một trong những phương pháp phổ biến là bao phủ nguồn ion và/hoặc mục tiêu bắn phá bằng Palladium hoặc các kim loại khác dễ hình thành hydride và trong trường hợp này là deuteride. Một ví dụ, lớp phủ Palladium có thể lưu trữ gần một nguyên tử Deuterium cho mỗi nguyên tử Palladium. Dòng ion đủ thấp để ngay cả một lượng nhỏ Deuterium cũng có thể tồn tại lâu dài trong neutristor. Neutristor có thể được vận hành liên tục hoặc từng đợt tùy theo yêu cầu.

    Neutristor hiện tại có khu vực miền trôi với kích thước chỉ vài mm, góp phần tạo nên hình dáng nhỏ gọn của hệ thống cho nhiều ứng dụng mới. Chi phí sản xuất của các neutristor theo tính toán sẽ vào khoảng 2000 USD, chỉ 1/50 so với giá của các máy phát nơ-tron gia tốc thương mại. Thế hệ tiếp theo của neutristor dự kiến sẽ không cần đến môi trường chân không để vận hành qua đó giảm giá thành đồng thời tăng độ bền của thiết bị. Ngoài ra, SNL cũng đang phát triển các mẫu neutristor với kích thước nhỏ hơn 2 đến 3 lần theo đặt hàng. Thiết bị có thể được đúc bằng công nghệ MEMS (microelectromechanical systems).

    Dưới đây là video giới thiệu về neutristor và công nghệ bên trong:


    Theo: Gizmag
     
    Mrquangnakata, cuchuoi137, nduc9119 người khác thích nội dung này.
  2. uhraman

    Tham gia:
    1/4/10
    Được thích:
    5,459
    Best Answers:
    0
    uhraman
    Trứng
    Bài công phu quá, đầy vật lý trong đó ^_^
     
  3. anh_diesel

    anh_diesel Dự bị

    Tham gia:
    14/5/08
    Được thích:
    626
    Best Answers:
    0
    anh_diesel
    Trứng
    Tuyệt
     
    QPR thích nội dung này.
  4. hoasenvang

    Tham gia:
    5/6/11
    Được thích:
    1,214
    Best Answers:
    0
  5. green56771

    green56771 Thành viên

    Tham gia:
    23/6/11
    Được thích:
    87
    Best Answers:
    0
    green56771
    bác viết chuyên môn quá e đọc hiểu 1 phần ak :)
     
  6. BQDuong

    Tham gia:
    18/10/10
    Được thích:
    2,622
    Best Answers:
    0
    BQDuong
    CAO CẤP
    đọc bài này nhức cả đầu mà vẫn chưa hiểu cho lắm :))
     
  7. der_titan

    Tham gia:
    19/3/11
    Được thích:
    815
    Best Answers:
    0
    der_titan
    TÍCH CỰC
    2000 $ có vẻ rẻ nhỉ!
     
  8. levu136

    Tham gia:
    3/8/11
    Được thích:
    2,841
    Best Answers:
    0
    levu136
    CAO CẤP
    Đọc xong điên luôn rồi,
     
  9. madam77

    Tham gia:
    22/8/12
    Được thích:
    1,467
    Best Answers:
    0
    madam77
    TÍCH CỰC
    Cái công nghệ nào phát triển cho dân sinh thì like còn phục vụ cho quân sự thì ....
     
    1. hieupy89

      Tham gia:
      25/10/08
      Được thích:
      2,850
      Best Answers:
      0
      hieupy89
      VIP
      hieupy89 @madam77 Các công nghệ luôn được đưa vào quân sự trước rồi mới dân sự sau....công nghệ dành cho dân sự lun đi sau hoặc là công nghệ được hạ cấp so với công nghệ quân sự....
      Ví dụ như GPS hay Công nghệ nhận dạng vân tay.....
       
    2. bernerasu

      Tham gia:
      17/11/09
      Được thích:
      700
      Best Answers:
      0
      bernerasu
      TÍCH CỰC
      bernerasu @hieupy89 làm sao mà có đc 1 tỉ người thích như bác được hay vậy? mới thấy lần đầu luôn đó
       
      libralumos thích nội dung này.
    3. hieupy89

      Tham gia:
      25/10/08
      Được thích:
      2,850
      Best Answers:
      0
      hieupy89
      VIP
      hieupy89 @bernerasu có thằng tạo ra nick 1tỷ người rồi nó like bài thui :)) cái này hỏi thằng 1 tỷ người ấy ko phải nick của tui....
       
    4. bernerasu

      Tham gia:
      17/11/09
      Được thích:
      700
      Best Answers:
      0
      bernerasu
      TÍCH CỰC
      bernerasu @hieupy89 ah, hì, sr nha, cư tưởng 1 tỷ người, hết hồn
       
  10. tydusalex

    Tham gia:
    19/10/09
    Được thích:
    183
    Best Answers:
    0
    tydusalex
    ĐẠI BÀNG
    dạ, cái máy gia tốc hạt của châu âu nó to bằng quả núi đấy ạ, to bằng căn phòng chắc có cái máy gia tốc hạt "hand made" của tony trong Iron man 2 thôi
     
    1. libralumos

      libralumos Thành viên

      Tham gia:
      28/5/12
      Được thích:
      137
      Best Answers:
      0
      libralumos
      libralumos @tydusalex Đấy là nói chung phổ biến thôi, bạn có vẻ hiểu biết nhưng đọc bài lại chả hiểu lắm thì phải... :eek:
       
  11. Gia nguyên daklak

    Gia nguyên daklak Thành viên

    Tham gia:
    18/6/12
    Được thích:
    99
    Best Answers:
    0
  12. hungle1905

    Tham gia:
    16/11/09
    Được thích:
    605
    Best Answers:
    0
    hungle1905
    TÍCH CỰC
    Cám ơn bk9sw những tài liệu hưu ích.
     
    bk9swmalepro thích nội dung này.
  13. ngocanh3996

    Tham gia:
    21/1/12
    Được thích:
    413
    Best Answers:
    0
    ngocanh3996
    TÍCH CỰC
    đọc bài này dễ hiểu hơn bài về hạt chúa trời các bác nhể!!:D
     
    1. vitcon0nline299

      Tham gia:
      17/8/12
      Được thích:
      2,191
      Best Answers:
      0
      vitcon0nline299
      TÍCH CỰC
      vitcon0nline299 @ngocanh3996 thick bài hạt của chúa hơn nghe tên đã thấy tò mò rồi:D
       
  14. changvuive

    Tham gia:
    23/6/08
    Được thích:
    228
    Best Answers:
    0
    changvuive
    ĐẠI BÀNG
    Híc đọc xong vẫn thấy ù ù cạc cạc. Bài viết công phu quá
     
  15. manhmanh989

    Tham gia:
    10/6/10
    Được thích:
    2,057
    Best Answers:
    0
    manhmanh989
    TÍCH CỰC
    Rẻ vật :D

    Gửi từ Éo Gì ộp tì mợt 2ích của Ice Man
     
    libralumos thích nội dung này.
  16. hieuphan06071985

    hieuphan06071985 Thành viên

    Tham gia:
    17/2/12
    Được thích:
    1,489
    Best Answers:
    0
  17. hellsing82

    Tham gia:
    3/9/07
    Được thích:
    2,845
    Best Answers:
    0
    hellsing82
    CAO CẤP
    công nghệ phát triển kinh quá
     
  18. destinylovenet

    destinylovenet Thành viên

    Tham gia:
    20/7/11
    Được thích:
    249
    Best Answers:
    0
    destinylovenet
    1/50. Cái máy nhỏ 41 triệu thì cái máy lớn phải
    2,08333333 × 10^9 Đồng
     
  19. J_Android

    J_Android Anh Duong Talents

    Tham gia:
    27/7/09
    Được thích:
    2,844
    Best Answers:
    0
    J_Android
    VIP
    thêm một phát minh hữu ích
     
Đang tải...