ไม่นานหลังจากที่เขาสาบานตนรับตำแหน่งรัฐมนตรีกระทรวงพลังงานของสหรัฐฯ เมื่อต้นปีนี้ สตีเวน ชู นักฟิสิกส์เจ้าของรางวัลโนเบลได้กล่าวถึงสิ่งที่เขาเรียกว่า “ความท้าทายด้านพลังงาน” ระหว่างการเยี่ยมชมห้องปฏิบัติการแห่งชาติบรูกฮาเวนบนลองไอส์แลนด์ ชูกล่าวว่าความท้าทายมีสามเท่า ประการแรก ความมั่นคงแห่งชาติของสหรัฐฯ รวมถึงความเจริญรุ่งเรืองทางเศรษฐกิจขึ้นอยู่กับความพร้อม
ของพลังงานสะอาด
และราคาย่อมเยา ประการที่สอง การแข่งขันเพื่อแย่งชิงแหล่งพลังงานเป็นภัยคุกคามที่จะจุดชนวนความขัดแย้งทางภูมิรัฐศาสตร์ ประการที่สาม การพัฒนาแหล่งพลังงานทางเลือกที่ไม่พึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิลมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ชูกล่าวว่าการบรรลุความท้าทาย
ด้านพลังงานต้องการมากกว่า “เจตจำนงทางการเมือง” จะต้องเกี่ยวข้องกับการปรับปรุงประสิทธิภาพของเทคโนโลยีที่มีอยู่ 5-10 เท่า สิ่งนี้ไม่เพียงต้องการการปรับแต่งสูตรการผลิตและการกระจายพลังงานที่มีอยู่อย่างละเอียดเท่านั้น แต่ยังต้องพัฒนา “เทคโนโลยีการเปลี่ยนแปลง” อีกด้วย เพื่อพัฒนาสิ่งเหล่านี้
ชูกล่าวว่า เขาตั้งความหวังไว้มากมายกับเครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนแห่งชาติ II (NSLS II) ซึ่งเป็นโรงงานมูลค่า 912 ล้านเหรียญสหรัฐที่กำลังก่อสร้างอยู่ที่บรู๊คฮาเวน ซึ่งได้รับเงินกระตุ้น 150 ล้านเหรียญสหรัฐจากพระราชบัญญัติการกู้คืนและการลงทุนใหม่แห่งสหรัฐอเมริกา
และเป็น มีกำหนดจะเริ่มดำเนินการในปี 2558 “ผมคิดว่าหนึ่งในผลงานที่สำคัญของ [NSLS II’s] จะอยู่ที่พรมแดนด้านพลังงาน” เขากล่าว (หมายถึงเชื้อเพลิงไม่ใช่ฟิสิกส์ของอนุภาค)ในอดีต Chu กล่าวว่า เทคโนโลยีที่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงมักเกิดจากการคิดค้นแนวคิดพื้นฐาน
เขายกตัวอย่างที่คุ้นเคยสองตัวอย่าง หนึ่งคือการขยายสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์: ทรานซิสเตอร์ที่มาแทนที่หลอดสุญญากาศเกิดขึ้นได้ด้วยกลศาสตร์ควอนตัม ซึ่งปฏิวัติแนวคิดเกี่ยวกับการขนส่งอิเล็กตรอนในวัสดุแข็ง อีกตัวอย่างหนึ่งคือการผลิตอาหาร ซึ่งการสังเคราะห์แอมโมเนียและความก้าวหน้า
ทางเทคโนโลยีเคมีอื่นๆ
ทำให้ได้รับอาหารมากขึ้นจากที่ดินเดิมผ่านการใช้ปุ๋ยที่ดีขึ้น Chu กล่าวว่าการวิจัยที่วางแผนไว้สำหรับ NSLS II มีโอกาสที่ดีในการบรรลุความก้าวหน้าของประเภทที่นำไปสู่เทคโนโลยีการเปลี่ยนแปลง
นั่นเป็นความหวังที่สูง แต่พวกเขาแข็งแกร่งแค่ไหน? ท้ายที่สุดแล้วแหล่งกำเนิดแสงซินโครตรอน
ถูกนำมาใช้เพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ มากมาย ซึ่งหลายๆ อย่างไม่เกี่ยวข้องกับพลังงานเลย แต่กลับนำไปใช้กับสิ่งต่างๆ เช่น ผลึกศาสตร์ ยิ่งไปกว่านั้น สิ่งอำนวยความสะดวกดังกล่าวมีชื่อเสียงในด้านการปฏิบัติที่ไม่ตรงตามแผน การมีส่วนร่วมทางวิทยาศาสตร์ของพวกเขามักแตกต่างจากความคาดหวังด้วย
เหตุผลที่เกี่ยวข้องกับความตั้งใจของเราน้อยกว่าความซับซ้อนของธรรมชาติ Chu อดีตผู้อำนวยการห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Lawrence Berkeley รู้เรื่องนี้อย่างแน่นอน แล้วอะไรเป็นเหตุผลที่ทำให้เขามั่นใจว่า NSLS II สามารถจัดการกับวิกฤตพลังงานได้
โซลูชันทางวิศวกรรมนักฟิสิกส์สร้างเครื่องจักรที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นด้วยเหตุผลสามประการ หนึ่งคือการดูปรากฏการณ์ที่คุ้นเคยอย่างใกล้ชิดมากขึ้นและดูว่าสามารถพบเห็นปรากฏการณ์ใหม่ได้หรือไม่ คำถาม เหล่านี้เป็น คำถาม ที่ยืนต้น หรืออาจมีคำใบ้ที่เย้ายวน – บ่งชี้ว่ามีบางอย่างผิดปกติ
เกิดขึ้นนอกขอบเขตของเครื่องจักรที่มีอยู่ สุดท้าย อาจมีวัตถุประสงค์เฉพาะหากมีข้อโต้แย้งที่น่าสนใจว่าแนวทางแก้ไขปัญหาที่มีอยู่กำลังรอการแก้ไขเฉพาะ คำกล่าวอ้างของ Chu เกี่ยวกับ NSLS II แนะนำว่าสามารถแก้ไขวัตถุประสงค์เฉพาะดังกล่าวได้ พวกเขาคืออะไร?
แหล่งกำเนิดซินโครตรอน
ที่มีอยู่มีความละเอียดเชิงพื้นที่ประมาณ 15–20 นาโนเมตร ในขณะที่ NSLS II คาดว่าจะลดสิ่งนี้ลงเหลือเพียง 1 นาโนเมตร นี่คือมาตราส่วนเปลี่ยนผ่านระหว่างอะตอมและสสารจำนวนมาก ซึ่งคุณสมบัติเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วและเข้าใจได้ไม่ดีนัก ความสามารถในการศึกษาโดเมนนี้มีนัยหลายประการ
ประการหนึ่งคือ NSLS II จะสามารถตรวจสอบจลนพลศาสตร์ของกระบวนการพลังงานที่มีอยู่ได้ ตัวอย่างเช่น อัตราการชาร์จแบตเตอรี่เป็นฟังก์ชันของส่วนต่อประสานระหว่างอิเล็กโทรไลต์กับอิเล็กโทรด และจลนพลศาสตร์ที่ควบคุมกระบวนการนี้จะเกิดขึ้นในระดับนาโน อินเทอร์เฟซสามารถมองเห็นได้
เป็นกลุ่มด้วยแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ที่มีอยู่และที่ระดับอะตอมภายใต้สภาวะสุญญากาศด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน แต่การศึกษาด้วยความละเอียดระดับนาโนเมตรจะแสดงให้เห็นว่ามีพฤติกรรมอย่างไรภายใต้สภาวะการทำงาน (เช่น ไม่ใช่ในสุญญากาศ) และแบบเรียลไทม์ .
นอกจากนี้ ความละเอียดในระดับนาโนเมตรจะช่วยให้นักวิจัยสามารถออกแบบโครงสร้างระดับนาโนเมตร เช่น ตัวเร่งปฏิกิริยาและเซลล์สุริยะที่ใช้จุดควอนตัม ซึ่งอาจมีความสำคัญที่พรมแดนด้านพลังงาน เนื่องจากอัตราส่วนระหว่างพื้นผิวต่อปริมาตรต่างกัน วัสดุนาโนจึงมีคุณสมบัติที่แตกต่างจากวัสดุ
จำนวนมาก วิศวกรรมระดับนาโนต้องการความสามารถไม่เพียงแต่ในการตรวจสอบโครงสร้างดังกล่าวเท่านั้น แต่ยังต้องประกอบชิ้นส่วนด้วยตนเองด้วย แท้จริงแล้วมีเอฟเฟกต์แบบ”reverse-bootstrapping” ซึ่งโครงสร้างที่เล็กลงทำให้สามารถพัฒนาเทคโนโลยีที่ดีกว่าเพื่อออกแบบโครงสร้างที่เล็กกว่าที่เคย
อีกความหมายหนึ่งของการศึกษาสเกลนี้เกี่ยวข้องกับคุณสมบัติที่เกิดขึ้นใหม่ สเกลนี้เป็นภูมิภาคที่ไม่เหมือนกันซึ่งกองกำลังต่าง ๆ ต่อสู้เพื่อ dom_inance การศึกษาว่าแรงเหล่านี้แข่งขันกันอย่างไรและคุณสมบัติใหม่ ๆ อาจช่วยให้นักวิจัยออกแบบและสร้างวัสดุที่มีคุณสมบัติใหม่เชิงคุณภาพได้
credit : sandersonemployment.com lesasearch.com actsofvillainy.com soccerjerseysshops.com nykodesign.com nymphouniversity.com saltysrealm.com baldmanwalking.com forumharrypotter.com contrebasseries.com
