الآلاف من الشموس تسطع بمختبر

مصفوفة من ثمانية عشر مصدرًا للضوء مرتبين في نصف كرة، بإمكانها أن تحاكي كمية مكافئة من إشعاع الشمس الذي تستقبله الأرض بآلاف المرات، بقوة ودقة ليس لهما مثيل. هذا النظام، طوّر من قبل مختبر (EPFL)، يمكن استخدامه لاختبار عدد متنوع من المواد تحت شروط قصوى.

إضاءة متوهجة تعادل 20000 عدد من الشمس؟ الطاقة المستقبلة خلال يوم واحد في الصحراء؟ عادم محرك صاروخي؟ الكثافة الضوئية التي تحدث في الفضاء، على مقربة من الشمس؟ مختبر (EPFL) قد نجح بتكرار ضوء وحرارة إشعاع الشمس بقوة ودقة لا مثيل لهما. هذا النظام يستخدم لاختبار آلات الطاقة الشمسية و تحليل المواد في درجة حرارة عالية وتحت شروط الحرارة القياسية، مقدّماً صورة كاملة خلال عدة ساعات بدون تقلبات الطقس. المعلومات المفصلة عن هذا النظام موجودة في مقالة تظهر اليوم تدعى البصريات السريعة Optics Express.

الكثافة الضوئية ل 21700 عدد من الشمس

طوّر هذا النظام بالتعاون مع جامعة استراليا الوطنية وشركة كينوتون للحلول الرقمية، لإنتاج أكبر شدّة ضوئية يمكن التحكم فيها بدقة كبيرة، وبدون انتاج حرارة غير ضرورية، مما كان ليسبب ضررًا للمواد الخاضعة للتجربة. لتحقيق ذلك، تمت الاستعانة بثمانية عشر مصدرًا للضوء، موزعين في دائرتين متشاركتين بالمركز، حول نصف كرة افتراضية، قطرها قرابة المترين. كل من هذه المصابيح تتضمن عاكسًا بداخلها- نوع من المرايا التي تأخذ شكل الكأس- تضاء من خلال مصباح زينون. تنتشر موجات الضوء بكل الاتجاهات عبر المصباح، ومن ثم تنعكس وتتمركز في نقطة معينة. النقطة التي تلتقي فيها الحزم الضوئية من المصابيح المختلفة، تصل شدة الإضاءة فيها إلى 21700 طاقة شمسية (21.7 ميغا واط/المتر المربع)، وهي البقعة التي يمكن أن نختبر ضمنها المواد والأجهزة.

النظام الذي يشغل غرفةً بأكملها من مختبر الطاقة المتجددة في العلوم والهندسة (LRESE)، يمكن استخدامه لإجراء أنواع عديدة من التجارب تحت ظروف مستقرة ومنضبطة. مجموعة البحث التي تترأسها صوفيا هوسنر (Sophia Haussener) تستخدم المشروع في الأساس في أبحاثها بخصوص وسائل جديدة لتحويل وتخزين الطاقة الشمسية. على سبيل المثال، اختبرت المجموعة انتقال الحرارة بين مواد مختلفة، الأمر الذي يمكن أن يحسّن إنتاج حقول الطاقة الشمسية الكثيفة تجاريًا (الأبراج أو الأبنية ذات الشكل الأسطواني/القطع المكافئ الذين يتزايد استخدامهما في الولايات المتحدة وأسبانيا)، أو إظهار قابلية نجاح الطرق الجديدة لتسخير أو نقل أو تحويل الطاقة الضوئية. كما أن هناك جهودًا تعاونية أيضاً في مجالات أخرى مثل اختبار وتوصيف خامات السفر في الفضاء.

إن أداء النظام الغير مسبوق، يرجع في معظمه لوجود نوع جديد من العاكس، الذي نتج خلال عملية التصنيع الكهربائية. “هذه طريقة للترسيب الكهربائي للمعادن، ويمكنه استنساخ نموذج مسبق بدقة بلا مثيل”، كما يقول غايل ليفيك، عالم في مختبر الطاقة المتجددة للعلوم والتكنولوجيا. ويتابع: “إنّ دقة الانعكاس أصبحت أفضل بكثير”.

يحتوي النظام على وحدات أكثر من الموجودة بنظم المحاكات الشمسية الحالية، كما يمكن ضبط شدة التيار الناتج عنه، مما يعني أن كمية الطاقة الناتجة يمكن ضبطها بدقة. التيار الخارج إلى المصابيح يمكن تعديله إلى مابين70% و 120% من أصل 90 من الأمبير المغذي: هذا يجعل من الممكن التحكم بكمية الطاقة المضيئة المرسلة. من أجل مستوى معين للطاقة أو الفيض الضوئي، يملك الباحثون عدّة خيارات: ” للحصول على 5.4 كيلو واط من الطاقة، نستطيع استخدام 6 مصابيح- بمعنى آخر فقط الدائرة الأولى من المصابيح – بنسبة 120%، أو 9 مصابيح بنسبة 70%”، هذا ما قاله ليفيك. إن استخدام عدد أقل من المصابيح يقلل زاوية سقوط الإشعاع، أيّ أن حزمة الضوء الكلية ستكون أضيق وأكثر قوة. أما زيادة عدد المصابيح فتعني أن حزمة الضوء ستكون أوسع وأقل تركيزاً، وهو الاختيار الأكثر عملية لإضاءة سطح معين بشكل أكثر انتظامًا.

توأمة في أستراليا ومنهجية مفتوحة المصدر

هذا النظام لديه نظام آخر مشابه له في كانبيرا، أستراليا، بُني في نفس الوقت الذي تم فيه بناء مختبر (EPFL). لكنه أكثر من مجرد نظام، في الحقيقة: إنه منهجية مفتوحة المصدر طوّرها الباحثون بالتعاون مع زملائهم من جامعة أستراليا الوطنية وشركة كينتون للحلول الرقمية (GmbH). ما يسهل بناء أنظمة أخرى استناداً إلى تلك الحسابات، باستخدام عدد أكثر أو أقل مصابيح وأبعاد مختلفة. كما يمكن تحقيق إشعاع أكثر توهجًا باستخدام مصابيح أقوى أو تعديل بعض المتغيرات.

ترجمة: ناجية الأحمد
تدقيق: إبراهيم صيام
المصدر