فناوری‌نانو در ماموریت‌های فضایی
آینده نقش مهمی خواهد داشت. نانو حسگرها، موادی بسیار بهبود یافته با
عملکرد بالا، یا سیستمهای پیشران بسیار کارآمد، تنها نمونه ای از کاربرد
فناوری‌نانو می‌باشند.
حفاظت در برابر تابش از کاربردهای اساسی فناوری‌نانو در سفرهای فضایی می
باشد. به گفته دانشمندان ناسا، خطر قرار گرفتن در معرض تابشهای فضایی
مهمترین عامل محدود کننده طول مدت سفرهای فضایی است و لذا هم اکنون تحقیقات
فراوانی به‌طور خاص در این زمینه در حال انجام است.
طراحان سفینه‌های فضایی به این منظور و نیز رفع مشکلاتی مانند بی وزنی و
دوام سا ختار، به‌دنبال موادی هستند که بتواند به آنها در توسعه و ساخت
روکش چند کاره بدنه سفینه‌های فضایی( نانو حسگرهایی که بتواند حفاظت موثری
در برابر تابشهای فضایی ایجاد کرده و ذخیره انرژی خوبی هم داشته باشد) کمک
نماید و به نظر دانشمندان نانومواد پیشرفته ای مانند نانولوله‌های ایزوتوپی
غنی شده با بور میتواند برای این منظور کاملاً مناسب باشد.
تابشهای فضایی به لحاظ کمی کاملاً با آنچه بشر در روی زمین با آن مواجه است
تفاوت دارد.
یک فضانورد به محض خروج از میدان مغناطیسی و اتمسفر محافظ زمین، در معرض
تابشهای یونیزه کننده ای به‌صورت ذرات اتمی باردار که با سرعتی نزدیک به
سرعت نور حرکت می‌کنند قرار می‌گیرد. این ذرات پر انرژی (HZE ) دارای بار
زیادی بوده و بیشترین خطر را برای انسان در فضا دارند.
قرار گرفتن طولانی مدت در برابر این تا بشها موجب آسیب دیدن DNA و بروز
سرطان می‌شود. بور ۱۰ یکی از مواد محافظی است که دانشمندان مشغول بررسی
قابلیت آن هستند.
در واقع دانشمندان از دهه ۱۹۳۰ نسبت به توانایی این ماده در بدام اندازی
نوترونها آگاهی داشتند و در شمارشگر گایگر از آن بعنوان محافظ تابش و نیز
لایه محافظ راکتورهای هسته ای استفاده می‌نمودند.
بور یک عنصر شیمیایی غیر فلزی با کاربردهای متنوع است و از آن به‌صورت نا
خالصی در صنعت نیمه هادیها استفاده می‌شود. شکل ترکیبی آن هم در مواد نوری
سا ختاری، آفت کش‌های غیر سمی، مواد نگهدارنده و سنتز معرف‌ها ی شیمیایی
نقش مهمی دارد.
نانولوله‌های بور به‌دلیل داشتن ساختاری مشابه با نانولوله‌های شناخته شده
کربنی ها بسیاری از خواص عالی آنها را داشته و حتی نسبت به آنها از برخی
خواص بهتری( مانند پایداری شیمیایی بالا، مقاوت اکسیداسیون بالا در دماهای
بالا )داشته و یک نیمه هادی پایدار با شکاف باندی پهن به شمار می‌آیند. به
همین دلیل می‌توان آنها را به‌صورت روان کننده جامد در کاربردهای دما بالا
یا محیط‌های خورنده ای مانند باتری‌ها، پیل‌های سوختی، ابر خازن‌ها و
ماشینها ی پر سرعت بکار برد .
(غنی سازی ایزوتوپی در واقع به معنای ایجاد غلظت بیشتری ازنیترید بور۱۰
است، زیرا به‌طورعادی غلظت نیترید بور ۱۱ بیشتر _حدود هشتاد درصد یا بیشتر
-است)
این محققان برای اولین بار موفق شدند ترکیبی با بازدهی بالا و به مقدار
زیاد از این نانولوله ها را ، با استفاده از روش آسیاب توپی یا فرآیند
گداخت تولید نمایند.
آنها در مقاله خود با عنوان” غنی سازی نانولوله‌ها با ایزوتوپ نیترید بور
۱۰ ” به نقش ویژه آسیاب توپی پرانرژی در کاهش دمای نیتراسیون، که در نهایت
به رشد لوله‌های نازک استوانه ای منجر می‌شود اشاره نموده اند. از جمله
کاربردهای ویژه این ماده می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
حفاظت در برابر تابش، مواد چندکاره برای ذخیره انرژی، حفاظت محیط زیست،
صنایع هسته ای، حسگرها و نیز بدنه خارجی سفینه‌های فضایی، کاربردهای نوترون
در پزشکی، و تشخیص و درمان سرطان.
تولید انبوه نانولوله‌های خالص بور از جمله مشکلات عمده تحقق کاربردهای
آینده آن مانند حفاظت تابشی می‌باشد ؛ چرا که این کار مستلزم مقادیر زیادی
از این ماده است. دانشمندان با استفاده از این روش جدید توانسته‌اند به این
هدف دست یافته و حتی هم اکنون فروش نانولوله‌های بور را هم آغاز کرده اند.
آخرین بررسی‌ها از امکان تولید نانولوله‌هایی از این نوع با ایزوتوپ،
ساختار و اندازه متفاوت حکایت دارد. محققان هم اکنون سعی دارند با اصلاح
روش آسیاب توپی نانولوله‌های مورد نیاز چند سال خود را تأمین کنند.
در این روش از ساییدن پودر بور در یک آسیاب توپی (که در آن گوی‌های فولادی
کوچک صدها ساعت روی هم می‌لغزند) نانوذرات آن بدست می‌آید. استفاده از این
گوی‌ها ی پر انرژی به همراه کاتالیزور فلزی باعث ایجاد ساختارشیمیایی
واکنشگر و کاهش دمای واکنش می‌شود.
در مرحله بعد مواد ریز بدست آمده را در نیتروژن حرار ت می‌دهند. با این روش
امکان تولید انبوه و کنترل کامل اندازه و ساختار نانولوله ها (که در تنظیم
خواص مکانیکی و فیزیکی آنها بسیار مهم است) نیز فراهم می‌شود.
چندین سال قبل ناسا از محققان خواسته بود تا نمونه نانولوله‌هایی را بسازند
تا به‌طور آزمایشی در ایستگاههای فضایی مورد استفاده قرار گیرد و هم اکنون
این محققان در حال مذاکره برای کاربردهای احتمالی آنها د ر ماموریت‌های
فضایی و نیز کاربردهای احتمالی نانولوله‌های بور ۱۰ می‌باشند.
در حال حاضر آزمایشهای تابشی روی این نانولوله‌ها در حال انجام است. از
نانولوله‌های بور ۱۰ می‌توان نه تنها درصنایع فضایی، بلکه د ر موارد متعدد
دیگری (مانند حفاظ‌های تابشی محکم، ارزان و سبک) نیز استفاده نمود.
بعنوان مثا ل هم اکنون بحث‌های زیادی در بار ه توسعه انرژی همجوشی وجود
دارد ؛اما یکی از چالشهای عمده برای محقق شدن آن در مقیاس صنعتی، یافتن
حفاظ‌هایی برای جلوگیری از نشر شار بالای نوترونی تولید شده در این فرآیند
است و ممکن است بتوان چنین کار ی را با استفاده از نانولوله‌های بور انجام
داد.
|
