مواد هندسية مبتكرة من أجل تخزين ونقل أكثر أمنا

التحديات المتأصلة في التعامل مع إكسنون

كما أن الزينون، وهو غاز نبيل يُمنح لطبيعته غير المستقرة وممتلكاته الشهوانية، لا غنى عنه في نظم الإضاءة المتقدمة (مثل مصابيح التصريف العالية الحساسية)، والتصوير الطبي (كعامل متناقض لمسح ثاني أكسيد الكربون والرنين المغناطيسي)، وينطوي الدافع الجوي على عقبات لوجستية كبيرة، ويجب تخزين الغاز عند ارتفاع الضغوط حتى يتجاوز عدد الخرافات في عام 2000.

Emerging Material Classes for Xenon Containment

وقد أسفر التقدم الذي أحرز مؤخرا في مجال علوم المواد عن عدة مرشحين واعدين يعالجون أوجه القصور في نظم التخزين القديمة، وتقيَّم هذه المواد على قدرتها على تحمل الضغوط الشديدة، ومقاومة انتشار الغاز، والحفاظ على السلامة الهيكلية على مدى سنوات من الاستخدام، وندرس أدناه ثلاث أسر رائدة من المواد.

الأطر المعدنية - التنظيمية

وتُعدّ هذه المواد من الغازات المفلورة شبكات بلورات من الأورام المعدنية المرتبطة بالأليان العضوية، وتُنشئ هياكل مخرّبة ذات مساحات سطحية هائلة، ويتجاوز بعضها حوالي 000 7 متر مربع للغرام، وتُحدّد هذه المواد من الأشعة المُسببة للضغوط المُسببة للضغوط في الغاز المُعدّل، حيث تُظهر مستويات ضغطاً أقل من الإجهاد الناتج عن التراكم.

Composites

:: إضافة إلى ذلك، أصبحت سفن الضغط المركبة ذات الوزن الخفيف معياراً في الفضاء الجوي لتخزين الهيليوم والأكسجين، ولكن التكيف مع الأكسجين يتطلب التغلب على قابلية البوليمر للتداول، حيث أن البوليميرات المكشوفة مثل البوليثيلين أو PTFE تسمح بتوسيع ثنائي قابل للقياس على مدى أسابيع، مما يؤدي إلى خسائر غير مقبولة.

نانويكات ألويات و نظارات الميتاليك

For metal cylinders, the quest for impermeability and fatigue resistance has led to microstructurally engineered alloys. Traditional 316L stainless steel suffers from hydrogen-induced stressing when exposed to gases that dissociate on the metal surface-xenon does not dissociate, butميكانيكي fatigue from cyclpering remains an issue.

بروتوكولات السلامة والاختبارات الخاصة بالمواد المحتوية على علامات

ويقتضي اعتماد مواد جديدة في تخزين الأزينون إصدار شهادات صارمة بموجب المعايير الدولية مثل المعيار ISO 11513 (متقطرات التموين) ورقم إيزو 9809 (أسطوانات الصلب غير المشبع) بالنسبة للحاويات القابلة للذوبان، وتشمل نظم الاختبار التحقق من ضغط التفجير (تمثل في 4-5 مرات ضغط العمل)، والاختبارات التي تُجرى في إطار التركيز الدوديسي (دورات 10)، والتسارع في تهيئة بيئات نقل محسوبية الإضافية.

المنافع الاقتصادية والبيئية

خفض تكاليف دورة الحياة

وفي حين أن المواد المتقدمة التي تحمل تكلفة أعلى من حيث التكلفة - يمكن أن يكون الأسطوانة المركبة التي تحملها حركة إم إف إف إف - ٣ أضعاف تكلفة الصنع الصلبي الموحد - ويمكن أن تكون التكلفة الإجمالية للملكية على مدى فترة خدمة مدتها ٢٠ سنة أقل، وتأتي الوفورات الرئيسية من انخفاض فقدان الغاز )فقدان أكاديم فولاذية نموذجية ١,٢ في المائة سنويا بسبب انتشاره؛ كما أن نظم إم إف ستخفض من سعر الطور الواحد إلى ٠٠٠ ١ في المائة( وإلغاء

Environmental Footprint

وشركة Xenon هي مورد شحذ مستخرج كمنتج ثانوي لفصل الهواء، وأي إطلاق يسهم في تراكم الغلاف الجوي (رغم أنه غير متجانس) وقد تحقق إنتاج الطاقة في كل كيلوغرام - نحو 2.5 كيلوواط/ساعة من أجل الحفظ على النسيج والتنق - المكائد، كما أن المواد المتقدمة التي تقلل من التسرب إلى أدنى حد ممكن تؤدي إلى خفض انبعاثات الكربون في كل وحدة من وحدات إنتاج المواد المحتوية على كيلوغرامات.

توجيهات البحوث المستقبلية

وهناك عدة تكنولوجيات ناشئة تعد بزيادة ثورة سوقيات الزينون، حيث يمكن أن تستكشف مركبات الهيدرريد المميت، التي وضعت أصلاً لتخزين الهيدروجين، لأن بعض مركبات الهيدروجين المتطورة (مثل هيدرنج اليتريوم) يمكن أن تستوعب الغازات النبيلة من خلال آلية مختلفة - مع أن التدوير المستقر لا يزال بعيد المنال.

وللتعجيل بالتبني، أطلق اتحاد إكسنون للابتكار (الشراكة بين مختبرات علوم المواد الرئيسية وشركات الغاز الصناعي) سريراً اختبارياً تعاونياً سيدور مواد مرشحة من خلال ظروف الشحن في العالم الحقيقي على مدى ثلاث سنوات، وتبين النتائج المبكرة من السنة الأولى أن الإسطوانات التي تميلها وزارة المالية قد حافظت على عدم تسرب أي شيء وعلى قدرة مستمرة على استيعاب المواد بعد 000 2 ساعة من اليقظة المحاكاة ودرجة القصوى في درجات الحرارة.

خاتمة

ولم تعد المواد الهندسية التقليدية محدودة في تخزين ونقل الأزينون بكفاءة، كما أن الأطر الفلزية - التنظيمية، والمركبات المتطورة المتعددة المركّبات، والخطوط البحرية التي تُدار كل منها توفر مزايا متميزة في الحد من القابلية للتأثر، ووفورات الوزن، والحياة في الوقت الذي تظل فيه التحديات قائمة في التوحيد، والتصديق، والتكلفة، فإن المسار واضح: إذ أن هذه المواد المبتكرة ستجعل قريباً الحد الأدنى من التعاون في مجال الصناعات التقليدية بشأن المواد ذات الأثر على معظم التطبيقات الفضائية.