นักวิทยาศาสตร์ค้นพบวัสดุตัวนำยิ่งยวดในชิ้นส่วนอุกกาบาตจากนอกโลก 😮
แม้ว่าวัสดุตัวนำยิ่งยวดนั้นจะเป็นแร่หายากมากบนโลก แต่ในจักรวาลข้างนอกอาจจะไม่ใช่ของแปลกแต่อย่างใด
ก้อนอุกกาบาตจากนอกโลกอาจจะนำพาวัสดุตัวนำยิ่งยวดหายากมาสู่โลก
แล้วตัวนำยิ่งยวดคืออะไร สำคัญอย่างไร??
ตัวนำยิ่งยวดถูกค้นพบในปี ค.ศ. 1911 โดย ศจ. Heike Kamerlingh Onnes ศาสตราจารย์ฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัย Leiden ในเนเธอร์แลนด์
เขาพบว่าเมื่อลดอุณหภูมิของปรอทบริสุทธิ์จนถึง 4.2 เคลวิน (-269 องศาเซลเซียส) ปรอทได้กลายสภาพจากตัวนำไฟฟ้าธรรมดากลายเป็นตัวนำที่ไม่มีความต้านทานไฟฟ้าเลย
ศจ. Heike (ขวา) และทีมงาน
สร้างความหวังให้กับโลกถึงวัสดุตัวนำไฟฟ้าที่ไร้ความต้านทานโดยสิ้นเชิง
ทำไม??
ดูตัวอย่างจากรูปด้านบน สายเคเบิลที่ใช้ส่งไฟฟ้าแรงสูงด้วยกระแส 12,500 แอมแปร์ เทียบขนาดกับหากใช้สายตัวนำยิ่งยวด
เรียกว่าส่งไปจากโรงไฟฟ้าแม่เมาะลงมาช่วยภาคใต้ตอนไฟดับได้โดยไม่ต้องกลัวการสูญเสียพลังงานในสายส่งเลย 😁
รวมถึงการนำมาใช้ประโยชน์จากปรากฏการณ์ magnetic levitation โดยตัวนำยิ่งยวด
ทั้งนี้รถไฟ mag lev ที่มีใช้อยู่ในปัจจุบันนั้นใช้การสร้างการลอยตัวด้วยแรงแม่เหล็กจากในตัวรถและบนราง
แต่กับ magnetic levitation ด้วย superconductor นั้นมันต่างกัน เพราะแรงลอยตัวนั้นเกิดขึ้นได้เองด้วยปรากฏการณ์ที่เรียกว่า Messiner Effect
ซึ่งสนามแม่เหล็กจะไม่สามารถส่งอิทธิพลทะลุเข้าไปในตัวนำยิ่งยวดได้
ตัวอย่างปรากฏการณ์นี้ก็คือรูปที่เราเห็นแม่เหล็กลอยนิ่งอยู่เหนือตัวนำยิ่งยวด
จากคลิปด้านบนเราจะเห็นได้ว่ารถไฟเหาะตัวนำยิ่งยวดสามารถวิ่งวนบนรางวงแหวน Mobius ได้เรื่อย ๆ กลับหัวก็ไม่หลุดร่วงจากราง ด้วย Magnatic Lock In
แนวเส้นแรงแม่เหล็กที่จะพยุงและล็อคตัวรถไฟเอาไว้บนรางตลอดการวิ่ง
และจากในคลิปแม้ไม่ใช่ตัวนำยิ่งยวดแค่เราหย่อนแม่เหล็กลงไปในท่อทองแดงด้วยการเหนี่ยวนำไฟฟ้าก็สามารถเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไหลวนในท่อทองแดง
การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าทำให้ท่อทองแดงเปล่าสร้างแรงแม่เหล็กยกก้อนแม่เหล็กเอาไว้
ซึ่งจะไปสร้างสนามแม่เหล็กต้านน้ำหนักแม่เหล็กที่ร่วงลงมาได้ ทำให้ก้อนแม่เหล็กค่อย ๆ ไหลลงในท่อช้ากว่าลูกเหล็กธรรมดามาก
ปัจจุบันตัวนำยิ่งยวดที่เราหาหรือคิดค้นได้จะมีอุณหภูมิวิกฤตของการกลายสภาพเป็นตัวนำยิ่งยวดสูงสุดอยู่ที่ 79K (เคลวิน) หรือประมาณ -191C (เซลเซียล) แค่นั้นเอง!! 😅
จึงทำให้การใช้งานตัวนำยิ่งยวดในความเป็นจริงทำได้ยากยิ่ง แต่เราก็ต้องใช้ในงานบางอย่าง เช่น เครื่องสแกน MRI เข้าอุโมงค์สุดหลอนแก้วหูแทบแตกนั่นเอง
ซึ่งส่วนประกอบสำคัญแน่นอนว่าคือ Coil สร้างสนามแม่เหล็กความเข้มสูง ซึ่งการจะทำอย่างนั้นได้ต้องใช้กระแสไฟฟ้าปริมาณมหาศาลวิ่งผ่านขดลวดตัวนำ
แต่กระแสมากขนาดนั้นก็จะทำให้ลวดตัวนำร้อนมาก ๆ จนอาจละลายเสียก่อน ไม่มีทางเลือกนอกจากการใช้ Superconductor Magnetic Coil
ดังนั้นงานหนักและพลังงานส่วนหนึ่งในการเดินเครื่อง MRI จึงหมดไปกับการหล่อเย็นอุปกรณ์ชุด Superconductor Magnetic Coil นั่นเอง
อีกหนึ่งการใช้งานที่จำเป็นต้องใช้ตัวนำยิ่งยวดก็คือ เครื่องเร่งอนุภาคอย่างที่เรารู้จักกันเช่นที่ CERN’s Large Hadron Collider (LHC)
CERN หนึ่งในอุปกรณ์ทดลองทางวิทยาศาสตร์ที่แพงที่สุดในโลก
ซึ่งเจ้าเครื่องเร่งอนุภาคนี้ต้องมีการสร้างสนามแม่เหล็กความเข้มสูงในอุโมงค์เป็นระยะทางยาวกว่า 27 กิโลเมตรเพื่อบังคับทิศทางของอนุภาคที่ถูกเร่งให้วิ่งเข้าใกล้ความเร็วแสง
ชุดอุปกรณ์หล่อเย็น
ซึ่งแน่นอนว่าระบบหล่อเย็นคืองานหนักและกินพลังงานรวมถึงบริโภคฮีเลียมเหลวอย่างมหาศาลต่อการเดินเครื่องแต่ละครั้ง
โดย superconductor ที่ใช้ในเครื่องเร่งอนุภาคไม่ใช่ตะกั่วหรือเซรามิกแต่เป็นโลหะผสมนีโอเบียม-ไทเทเนียม (NbTi) ที่จะเป็น superconductor เมื่อลดอุณหภูมิลงไปถึงประมาณ 10K
แท่งตัวนำยิ่งยวดใน Coil สร้างสนามแม่เหล็ก
แต่ระหว่างใช้งานมันจะถูกหล่อเย็นให้ทำงานที่อุณหภูมิ 1.9K เย็นกว่าอุณหภูมิในอวกาศ (2.7K) และในตอนที่เดินเครื่อง LHC วันแรกนั้นต้องใช้ฮีเลียมเหลวทั้งหมด 120 ตันในการหล่อเย็นเลยทีเดียว
ผ่านมานับศตวรรษ มนุษย์เราก็ทำได้เพียงแค่ฝันถึงวัสดุตัวนำยิ่งยวดที่สามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิห้อง เพราะจนปัจจุบันร้อนสุดที่ใช้งานได้คือ 79K หรือ -191C จะใช้งานนี่งานหนักคือระบบหล่อเย็นซึ่งก็กินพลังงานมหาศาลอีก
สารพัดวิธีการใช้งานตัวนำยิ่งยวดที่เราเฝ้าใฝ่ฝัน
การค้นคว้าและวิจัยเพื่อให้ได้มาซึ่งวัสดุตัวนำยิ่งยวดที่สามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิปกติยังคงดำเนินต่อไป
ไม่แน่ว่าวัสดุที่เรามองหาอยู่นั้นอาจจะอยู่นอกโลก เพราะนักวิทยาศาสตร์ตรวจพบสารตัวนำยิ่งยวดในก้อนอุกกาบาต
ภาพตัวอย่างชิ้นส่วนของก้อนอุกกาบาตที่นำมาวิเคราะห์องค์ประกอบ
โดยนักวิทยาศาสตร์ตรวจพบสารตัวนำยิ่งยวดในตัวอย่างก้อนอุกกาบาต 2 ก้อน
ก้อนแรกเป็นก้อนอุกกาบาตโลหะชื่อ Mundrabilla พบในออสเตรเลียเมื่อปี 1911
อีกก้อนคือ GRA 95205 ก้อนอุกกาบาตที่ถูกขุดค้นพบในทวีปแอนตาร์คติกาเมื่อ 25 ปีที่แล้ว
จากการตรวจสอบพบส่วนประกอบของตะกั่ว ดีบุกและอินเดียม ซึ่งแสดงคุณสมบัติการเป็นตัวนำยิ่งยวดที่ช่วงอุณหภูมิ 5K
ช่วง 4.5-5K วัสดุในก้อนอุกกาบาตสามารถแสดงคุณสมบัติการเป็นตัวนำยิ่งยวดได้
ซึ่งตะกั่วที่พบบนโลกที่จะเป็นตัวนำยิ่งยวดได้นั้นจัดว่าหาได้ยากมาก ๆ แต่ตะกั่วที่พบในก้อนอุกกาบาต 2 ก้อนนี้กลับเป็นตัวนำยิ่งยวด
นั่นอาจทำให้การสำรวจและเสาะแสวงหาธาตุบางอย่างที่หากยากแต่มีคุณสมบัติที่เราต้องการนั้นอาจจะต้องออกไปสู่อวกาศอันไกลโพ้นก็เป็นได้ 😔
Source:
- 20
ดูเพิ่มเติมในซีรีส์
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
