حطّم فريق من الباحثين في جامعة كامبردج الرقم القياسي لكمية الطاقة المخزنة في أفضل موصل للكهرباء موجود اليوم، أي ما يعادل 3 آلاف طن من القوة، وذلك بصنعهم موصلاً فائقاً داخل مادة تكون عادة قابلة للتهشم كالخزف الصيني بحجم كرة الغولف.
وذكرت مجلة «ساينس ديلي»، في تقرير حديث لها حول هذا الموضوع، أن الباحثين في جامعة كامبردج استطاعوا تخزين المجال المغناطيسي وجمعه بقوة بلغت 17.6 تسلا، أي ما يعادل 100 مرة أقوى من المجال المولد في مغناطيس الثلاجة التقليدي، وهو ما يعكس تفوقاً على الرقم القياسي السابق بنسبة 0.4 تسلا. ونشرت نتائج هذه الدراسة في صحيفة «سوبر كوندكتر أند ساينس».
طريقة العمل
وأوضح الباحثون في تقريرهم أن لهذا الاكتشاف تطبيقات كثيرة تبدأ من الدواليب الميكانيكية الدوارة، التي تُخزن الطاقة، وتصقل المعادن، وتكافح التلوث، وتساعد على تشغيل القطارات المعلقة فائقة السرعة.
وتعتبر الموصلات فائقة السرعة مواد تحمل التيار بمقاومة محدودة أو دون مقاومة تماما، لدى تبريدها إلى أقل من حرارة معينة. وللحصول على درجة الموصلات الفائقة التقليدية يجب تبريدها إلى ما دون درجة الصفر المطلق بمقياس كلفين، أي درجة 273 تحت الصفر، وذلك حتى تصبح موصلات فائقة، أما الموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية فتصبح فائقة القدرة فوق نقطة غليان النيتروجين السائل «أي ناقص درجة حرارة 196». والميزات التي تتعلق بفروقات الحرارة هذه ما يجعل تبريد هذه الموصلات سهلا نسبيا، ويصبح سعرها أرخص نسبيا في التشغيل.
وتستخدم الموصلات الفائقة حاليا في تطبيقات علمية وطبية كثيرة، مثل ماسحات التصوير بالرنين المغناطيسي. وقد تستخدم الموصلات الفائقة مستقبلا لحماية شبكة الطاقة الخاصة بدولة ما، فضلا عن رفع كفاءة الطاقة، وذلك بسبب حجم التيار الكهربائي، الذي يمكن لهذه الموصلات الفائقة حمله دون فقد الطاقة.
ويولد التيار الكهربائي المنقول عبر الموصلات الفائقة مجالا مغناطيسيا، وكلما ازدادت شدة المجال المخزنة في هذه الموصلات زادت كمية التيار الكهربائي الممكن توليده. ويمكن للموصلات الفائقة الحديثة حمل تيار كهربائي أقوى بنحو 100 مرة من النحاس. وللموصلات الفذة مزايا عديدة تفوق التقليدية وتتمثل أهمها في انها تعتبر مغناطيسا دائما.
مجال مغناطيسي كبير
وسجل الباحثون الرقم القياسي الجديد باستخدام عينات قطرها 25 مليمترا من مادة «جي دي بي سي أو». ويشار إلى أن الرقم القياسي السابق الذي سجل لموصلات الكهرباء هو 17.2 تسلا، وذلك عام 2003 على يد فريق بقيادة البروفسور ماساتو موراكامي من معهد «شيبورا» للتكنولوجيا في اليابان، حيث استخدموا نوعا خاصا من الموصلات الفائقة يتكون من مواد مشابهة بعض الشيء لتلك المستخدمة في الموصلات الفائقة المبتكرة.
ويقول البروفسور ديفيد كارد ول، من قسم الهندسة بجامعة كامبردج، والذي قاد الأبحاث المتعلقة بالموصلات الفائقة بالتعاون مع شركة «بوينغ» ومعمل «ناشيونال هاي فيلد ماغنيت لابراتوري» في جامعة ولاية فلوريدا: «حقيقة أن هذا الرقم القياسي صمد كل هذا الوقت تظهر كم ما يحتاجه مجال الموصلات من حولنا من جهد». ولاحتواء حقل كبير من المجال المغناطيسي المتولد عن هذه الموصلات استخدم الفريق مواد تعرف بأنها تحوي على أيونات النحاس على شكل قطعة رقيقة من النحاس والأوكسجين المفصولة بأنواع أكثر تعقيداً من الذرات.
وتعتبر المواد المحتوية على أيونات النحاس إحدى أقدم المواد المكتشفة بإيصالها للحرارة، فضلا عن امكانية استخدامها في تطبيقات علمية وطبية. وبينما تعتبر الموصلات الفائقة الحديثة ذات جودة عالية جدا، فإنه يمكن للمواد النحاسية الأيونية أن تجف بشكل يشبه السيراميك، وبالتالي فإن محاولات احتواء حجم كبير من المجال المغناطيسي في قطع تخزين طاقة معينة يمكن أن يؤدي إلى انفجارها.
ولتجميع هذا الكم الكبير من المجال المغناطيسي أو تخزينه كان على العلماء تعديل بنية مادة «جي دي بي سي أو» لزيادة مقدرتها على حمل التيار المغناطيسي، فضلا عن تحسين الأداء الحراري. وذلك عبر تعزيزها بحلقة فولاذية مقاومة للصدأ، تم استخدامها لتقليص حجم الموصلات الفائقة. وفي هذا الصدد يقول جون دورل، الذي قاد التجارب في فلوريدا: «هذه كانت خطوة مهمة لتحصيل هذه النتائج». وتعد هذه النتائج أكبر ما تم تحصيله في مجال تخزين أكبر قدر ممكن من المجال المغناطيسي في وحدة تخزين للطاقة.
تطبيقات متعددة
يطور فريق من الاختصاصيين في جامعة كامبردج تطبيقات متعددة ومتخصصة بالاستفادة من الموصلات الفائقة. ويشير الفريق إلى أن انتشارا واسعا لهذه التطبيقات قد نراه في السنوات الخمس المقبلة. وفي هذا السياق قال البروفسور ديفيد كارد ول: «العمل الجاد هذا قد يبشر بقرب ابتكار تطبيقات عملية كثيرة تتعلق بهذه الموصلات الفائقة. وكي نرى ذلك نحتاج إلى توفير كميات كبيرة من المواد التي تستخدم في تصنيع هذه الموصلات».