211service.com
Soldriven laser
En ny typ av effektiv, soldriven laser har utvecklats av forskare vid Tokyo Institute of Technology i Japan. De hoppas kunna använda lasern för att hjälpa dem att förverkliga sitt mål att utveckla en magnesiumförbränningsmotor. Forskarna beskrev den nya lasern i ett färskt nummer av Bokstäver i tillämpad fysik .
Soldriven laser: Två Fresnel-linser fokuserar solljus på en keramisk kristall för att producera laserljus. Förhoppningen är att använda sådana kraftfulla lasrar för att generera värme och väte från magnesium och vatten.
Tanken, säger Takashi Yabe , professor i maskinteknik och vetenskap vid Tokyo Institute, ska göra en kraftfull laser som kan förbränna magnesiuminnehållet i havsvatten. I processen avges stora mängder värme och väte.
Magnesium har stor potential som energikälla eftersom det har en energilagringstäthet som är cirka 10 gånger högre än väte, säger Yabe. Det är också mycket rikligt, med cirka 1,3 gram som finns i varje liter havsvatten, eller cirka 1 800 biljoner ton i våra hav, säger han.
Dessutom kan magnesiumoxiden som härrör från reaktionen omvandlas tillbaka till magnesium, säger Yabe. Fångsten? Att återvinna magnesiumoxiden till magnesium kräver temperaturer på 4 000 kelvin (3 726 ºC) – därav behovet av en laser för att generera sådana temperaturer på en liten plats.
Men för att en magnesiumförbränningsmotor ska fungera som en praktisk energikälla måste lasrarna drivas av en förnybar energikälla, som solenergi.
Solpumpade lasrar finns redan: de fungerar genom att koncentrera solljus på kristallina material som neodymdopad granat av yttriumaluminium, vilket får dem att avge laserljus. Fram till nu har dock de flesta solpumpade lasrar förlitat sig på extremt stora speglar för att fokusera solljuset på kristallen.
Yabe och hans kollegor har utvecklat en kompakt laser som erbjuder en trefaldig förbättring i effektivitet jämfört med tidigare konstruktioner, när det gäller hur mycket kraft den kan leverera jämfört med tillgängligt solljus.
Detta beror delvis på användningen av Nd:YAG-kristaller som dessutom är dopade med krom, vilket gör att de kan absorbera ett bredare ljusområde. Genom att lägga till krom blir en större andel av spektrumet tillgängligt, säger Yabe: Effektiviteten från solljus till laser förbättras avsevärt.
Den andra innovationen med Yabes laser är användningen av en liten Fresnel-lins istället för stora spegellinser. Fresnel-linser minskar storleken och mängden material som behövs för att bygga en lins genom att dela upp den i koncentriska ringar av linser. Vanligtvis är 10 procent av det infallande ljuset fokuserat på kristallen, medan det med Fresnel är cirka 80 procent.
I vårt fall använde vi bara 1,3 meter i kvadrat och uppnådde 25 watt, säger Yabe. Även om detta bara är en trefaldig ökning, ökar lasereffekten exponentiellt med den ökande arean. Så vi förväntar oss 300 till 400 watt med den fyra meter kvadratiska Fresnel-linsen, säger han.
Det är ett ovanligt tillvägagångssätt, säger Sunita Satyapal , chef för Department of Energys team för lagring av väte, i Washington, DC. Men det är inte första gången som metaller, som magnesium och vatten har utforskats som ett sätt att producera väte, säger hon.
Det som behövs nu är en totaleffektiv budget för hela systemet, säger Satyapal: Nyckelfrågan är kostnad och total effektivitet. Det finns mycket enklare sätt att generera väte med solljus, till exempel genom att använda solceller för att dela vatten med hjälp av elektrolys, tillägger hon.