அர்கோன் விஞ்ஞானிகள் மேம்பட்ட அணு உலைகளுக்கான ஈர்ப்பு விசை இயக்கும் பாதுகாப்பு அமைப்புகளை மதிப்பிடுகின்றனர்

ஒரு அணு உலை இருண்டால், அது உண்மையில் உறங்குவதில்லை

ஒரு அணு உலையை மூடுவது பிளவு சங்கிலி எதிர்வினையை கிட்டத்தட்ட உடனடியாக நிறுத்துகிறது, இருப்பினும் உள்ளகம் அதே நேர அளவில் குளிர்வடையாது. மாதங்கள் அல்லது ஆண்டுகள் செயல்பாட்டின் போது உருவாகும் பிளவு பொருட்கள் தொடர்ந்து சிதைந்து, எங்காவது செல்ல வேண்டிய ஆற்றலை வெளியிடுகின்றன. மூடிய உடனேயே, அந்த எஞ்சிய வெளியீடு உலையின் முழு வெப்ப சக்தியில் சில சதவீதமாக இருக்கும் — ஒரு சிறிய பகுதி, ஆனால் வணிக அளவிலான ஆலைக்கு இது இன்னும் மெகாவாட்களில் அளவிடப்படுகிறது. பின்னர் அது வினாடிகளுக்குப் பதிலாக மணிநேரங்கள் மற்றும் நாட்களில் படிப்படியாகக் குறைகிறது.

பல தசாப்தங்களாக, தொழில்துறை இந்த எஞ்சிய வெப்பத்தை பம்புகள், மோட்டார்கள், டீசல் ஜெனரேட்டர்கள் மற்றும் கட்டமைப்பு மின்சாரம் மூலம் நிர்வகித்தது. அந்த ஏற்பாடு நம்பகமாக செயல்படுகிறது — அதன் பின்னணியில் உள்ள மின் ஆதாரங்கள் மறையும் வரை. 2011 இல் புகுஷிமா தாய்ச்சி ஆலை வெளிப்புற மின்சாரம் மற்றும் அதன் காப்பு ஜெனரேட்டர்கள் இரண்டையும் இழந்தபோது, சுழற்சி நின்றது மற்றும் மூன்று உள்ளகங்கள் உருகின. அணு சமூகம் கற்றுக்கொண்ட பாடம் இயந்திரங்கள் நம்பகமற்றவை என்பதல்ல, மாறாக செயலில் உள்ள உபகரணங்கள் மற்றும் வெளிப்புற மின்சாரத்தை நம்பியிருக்கும் பாதுகாப்பு அமைப்பு வெளியில் இருந்து துண்டிக்கக்கூடிய ஒற்றை தோல்விப் புள்ளியைக் கொண்டுள்ளது என்பதே.

"ஈர்ப்பு விசை இயக்கும்" பாதுகாப்பு உண்மையில் என்ன அர்த்தம்

செயலற்ற பாதுகாப்பு அமைப்புகள் அந்த தர்க்கத்தை தலைகீழாக மாற்றுகின்றன. கூறுகளைச் சேர்ப்பதற்குப் பதிலாக, அவை அவற்றை அகற்றுகின்றன. அர்கோன் தேசிய ஆய்வகத்தில் உள்ள ஆராய்ச்சியாளர்கள், ஒரு உலைக்குள் ஏற்கனவே உள்ள சக்திகள் — ஈர்ப்பு, மிதப்பு மற்றும் வெப்ப விரிவாக்கம் — உள்ளகம் வழியாகவும் வெப்ப மூழ்கலை நோக்கியும் குளிரூட்டியை நகர்த்தும் வேலையைச் செய்யும் வடிவமைப்புகளை மதிப்பிடுகின்றனர்.

இந்தக் கருத்தை விவரிப்பது சான்றளிப்பதை விட எளிதானது. ஈர்ப்பு விசை இயக்கும் சுற்றில், வெப்பமடைந்த குளிரூட்டி அதைச் சுற்றியுள்ள திரவத்தை விட குறைந்த அடர்த்தி கொண்டதாகி உயர்ந்து, பின்னால் குளிர்ந்த பொருளை இழுக்கிறது. எந்த இம்பெல்லரும் சுழலாது, எந்த வால்வும் திறக்க கட்டளையிடப்பட வேண்டியதில்லை, எந்த இயக்குபவரும் விபத்து வரிசையின் முதல் சில நிமிடங்களில் ஒரு சிக்கலை சரியாக கண்டறிய வேண்டியதில்லை. இயக்கும் தலை சுற்றின் வெப்பக் காலுக்கும் குளிர் காலுக்கும் இடையிலான உயர வேறுபாட்டிலிருந்து வருகிறது, அதாவது ஆலையின் வடிவியல் தானே ஒரு பாதுகாப்பு அம்சமாகிறது.

இந்தக் கருப்பொருளின் மாறுபாடுகளில் இயற்கை-சுழற்சி சுற்றுகள், உள்ளகத்திற்கும் உயர்த்தப்பட்ட வெப்பப் பரிமாற்றி அல்லது தொட்டிக்கும் இடையே குளிரூட்டி சுழலும்; எந்த பம்ப் ஓட்டமும் இல்லாமல் கட்ட மாற்றத்தால் ஆற்றலை நகர்த்தும் வெப்பக் குழாய்கள்; மற்றும் மெதுவான செயல்முறைகள் பொறுப்பேற்கும் வரை வெப்பத்தை உறிஞ்சும் குளங்கள் அல்லது கிராஃபைட் தொகுதிகள் போன்ற பெரிய வெப்ப நிறைகள் அடங்கும்.

இயற்பியல்: மிதப்பு ஏன் போதுமானது — எங்கு போதாது

இயற்கை சுழற்சி அசாதாரணமானது அல்ல. இது வானிலையை இயக்கும் மற்றும் அடுப்பில் ஒரு பாத்திரம் தண்ணீரை கலக்க வைக்கும் அதே பொறிமுறையாகும். ஒரு உலையில், இருப்பினும், பிழைக்கான விளிம்பு குறுகியது. மிதப்பு தக்கவைக்கக்கூடிய ஓட்ட விகிதம் சுற்று முழுவதும் உள்ள அடர்த்தி வேறுபாடு, அந்த சுற்றின் உயரம் மற்றும் திரவம் வழியில் எதிர்கொள்ளும் அழுத்த இழப்புகளைப் பொறுத்தது. குழாய் உராய்வு, வளைவுகள் மற்றும் எரிபொருள் ஊசிகளுக்கு இடையிலான இறுக்கமான பாதைகள் அனைத்தும் இயக்கத்தை எதிர்க்கின்றன.

எனவே வடிவமைப்பாளர்கள் குறைந்த சக்தி மற்றும் குறைந்த அழுத்தத்தில் என்ன நடக்கிறது என்பதில் தீவிரமாக அக்கறை கொள்கிறார்கள், அடர்த்தி மாறுபாடு பலவீனமாக இருக்கும்போது மற்றும் சுற்றுக்கு குறைந்த இயக்கு சக்தி இருக்கும்போது. வெப்ப அடுக்கு முறை, சூடான திரவம் சுழற்சிக்குப் பதிலாக தேங்கிய அடுக்கில் அமரும் போக்கு, மற்றும் சில நிபந்தனைகளின் கீழ் ஒரு சுற்று முழுவதுமாக நிற்கக்கூடிய சாத்தியம் ஆகியவற்றையும் அவர்கள் கவனிக்கிறார்கள். 100% சக்தியில் அழகாக செயல்படும் ஆனால் குளிர்ந்த, குறைந்த அழுத்த குளிர்விப்பின் போது நிற்கும் ஒரு செயலற்ற அமைப்பு பாதுகாப்பு அமைப்பே அல்ல.

மேம்பட்ட உலைகள் ஏன் சிக்கலை கடினமாக்குகின்றன

அடுத்த தலைமுறை உலைகள் கடந்த அறுபது ஆண்டுகளின் இலகுவான நீர் வடிவமைப்புகளை மீண்டும் செய்யவில்லை, மேலும் அது சிதைவு வெப்ப சிக்கலை புதிய பகுப்பாய்வு தேவைப்படும் வழிகளில் மாற்றுகிறது:

• வேறுபட்ட குளிரூட்டிகள். திரவ உலோகங்கள், உருகிய உப்புகள் மற்றும் ஹீலியம் வாயு ஆகியவை நீரிலிருந்து வெகு தொலைவில் உள்ள வெப்ப பண்புகளைக் கொண்டுள்ளன, எரிபொருளிலிருந்து வெப்பம் எவ்வளவு விரைவாக உயர்த்தப்படலாம் மற்றும் கொடுக்கப்பட்ட வெப்பநிலை வேறுபாடு எவ்வளவு மிதப்பை உருவாக்குகிறது என்பதை மாற்றுகின்றன.
• அதிக சக்தி அடர்த்தி. கச்சிதமான உள்ளகங்கள் குறைந்த அளவில் அதிக ஆற்றலை அடைக்கின்றன, அதாவது குளிரூட்டல் இழப்பு வேகமாக அதிகரிக்கிறது.
• அதிக வெப்பநிலைகள். மேம்பட்ட வடிவமைப்புகள் பெரும்பாலும் செயல்திறனை மேம்படுத்த அல்லது தொழில்துறை வெப்ப பயன்பாடுகளை இயக்க அதிக வெப்பத்தில் இயங்குகின்றன, சாதாரண செயல்பாட்டிற்கும் பொருள் வரம்புகளுக்கும் இடையிலான சாளரத்தை குறுகலாக்குகின்றன.
• புதிய வடிவியல். முதன்மை சுற்றை ஒரு ஒற்றை பாத்திரத்திற்குள் வைக்கும் ஒருங்கிணைந்த வடிவமைப்புகள் அல்லது குளம்-வகை தளவமைப்புகள், வெப்பம் பயணிக்க புதிய பாதைகளையும், பரிச்சயமான குழாய்களுக்குள் அடங்காதபோது ஓட்டம் எவ்வாறு செயல்படுகிறது என்பது பற்றிய புதிய கேள்விகளையும் உருவாக்குகின்றன.
• சிறிய, தொழிற்சாலையில் கட்டப்பட்ட அலகுகள். பல மேம்பட்ட கருத்துகள் தொகுதி உற்பத்தி மற்றும் தொலைதூர இடங்களுக்காக வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன, இது பெரிய, நன்கு பணியாளர்கள் கொண்ட கட்டமைப்பு இணைப்பைச் சார்ந்திராத பாதுகாப்பின் மதிப்பை உயர்த்துகிறது.

உலோகம் வளைக்கப்படுவதற்கு முன் மாதிரியாக்கம்

செயலற்ற சிதைவு வெப்ப அகற்றலை மதிப்பிடுவது அடிப்படையில் ஒரு உருவகப்படுத்துதல்-இயக்கப்படும் பயிற்சியாகும், அங்குதான் அர்கோன் போன்ற ஒரு நிறுவனம் மிக நேரடியாக பங்களிக்கிறது. ஒரு விற்பனையாளர் ஒரு இயற்பியல் வடிவமைப்பிற்கு உறுதியளிப்பதற்கு முன், ஒரு மிதப்பு-இயக்கப்படும் சுற்று உடனடியாக ஓட்டத்தை நிறுவும், நிலையாக இருக்கும், மற்றும் ஒவ்வொரு நம்பகமான விபத்து சூழ்நிலையிலும் அதன் மூழ்கலுக்கு போதுமான வெப்பத்தை வழங்கும் என்பதில் பொறியாளர்களுக்கு நம்பிக்கை தேவை.

குறியீடுகள், தொடர்புகள் மற்றும் சரிபார்ப்பு

அந்த நம்பிக்கை விரிவான வெப்ப-நீரியல் மாதிரிகளை சோதனை தரவுகளுடன் இணைப்பதன் மூலம் கட்டப்படுகிறது. நவீன அமைப்பு குறியீடுகள் இரு-கட்ட ஓட்டம், கட்ட மாற்றம், திரவம் மற்றும் அமைப்புக்கு இடையிலான இணை வெப்ப பரிமாற்றம், மற்றும் இடைவெளிகள் மற்றும் குழிகளில் வெப்பத்தின் கதிர்வீச்சு ஆகியவற்றைப் பிடிப்பதை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளன. அந்த நிகழ்வுகள் ஒவ்வொன்றும் எளிய கணித சிகிச்சையை எதிர்க்கின்றன, எனவே மாதிரிகள் ஆய்வக சுற்றுகள் மற்றும் தனித்தனி-விளைவு சோதனைகளிலிருந்து பெறப்பட்ட அனுபவ தொடர்புகளை நம்பியிருக்கின்றன.

கடினமான பகுதி அளவாகும். ஒரு பெஞ்ச்-அளவு சோதனை இயற்கை சுழற்சி கணிக்கப்பட்டபடி தொடங்குகிறது என்பதை நிரூபிக்கலாம், இருப்பினும் முழு உயரம், முழு அழுத்த வசதியில் அதே இயற்பியல் வித்தியாசமாக செயல்படலாம், ஏனெனில் மிதப்பு செங்குத்து தூரத்தைப் பொறுத்தது. அளவீட்டு விதிகள் இடைவெளியைக் குறைக்க உதவுகின்றன, ஆனால் அடிப்படை நிகழ்வுகள் முதலில் சரியாக அடையாளம் காணப்பட்டால் மட்டுமே அவை செயல்படும். அதனால்தான் உண்மையான வன்பொருளுக்கு எதிரான சரிபார்ப்பு எந்த செயலற்ற பாதுகாப்பு கூற்றும் இறுதியில் தங்கியிருக்கும் மையப் புள்ளியாகவே உள்ளது.

திறந்த கேள்விகள் மற்றும் உரிமம் பெறுவதற்கான நீண்ட பாதை

சுவிட்ச் இல்லாத அமைப்புகளுடன் ஒழுங்குமுறை அதிகாரிகள் ஒரு சங்கடமான சிக்கலை எதிர்கொள்கின்றனர். பாரம்பரிய உரிம வழிமுறை ஒரு பாதுகாப்பு கூறு கட்டளையிடப்பட்டபோது தொடங்குமா என்று கேட்கிறது. ஈர்ப்பு விசை இயக்கும் அமைப்பு ஒருபோதும் கட்டளையிடப்படுவதில்லை; அது வெறுமனே பதிலளிக்கிறது. அது குப்பை, வாயு பிணைப்பு, உறைதல், அடுக்கு முறை அல்லது எதிர்பாராத பைபாஸ் பாதை — எதுவும் தேவைப்படும்போது சுற்று அதன் வேலையைச் செய்வதைத் தடுக்க முடியாது என்பதை நிரூபிப்பதை நோக்கி பகுப்பாய்வை மாற்றுகிறது.

பொறியாளர்கள் மற்றும் மதிப்பாய்வாளர்கள் தீர்க்க வேண்டிய கேள்விகளில்: செயலில் உள்ள நடவடிக்கைகள் அல்லது இயற்கை குளிர்விப்பு பொறுப்பேற்கும் முன் செயலற்ற குளிரூட்டல் எவ்வளவு காலம் தக்கவைக்கப்பட வேண்டும்? அரிப்பு அல்லது படிவு அதன் மேற்பரப்புகளை மாற்றிய பின், ஒரு ஆலையின் வாழ்க்கையில் ஆண்டுகள் கழித்து அமைப்பு அழைக்கப்பட்டால் என்ன நடக்கும்? உண்மையிலேயே செயலற்ற அமைப்பு காலவரையின்றி செயலற்று இருக்கக்கூடும் என்பதால், செயல்பாட்டின் போது செயல்திறன் எவ்வாறு சரிபார்க்கப்படுகிறது? இவை ஒவ்வொன்றும் இயற்பியல், பொருள் அறிவியல் மற்றும் ஒழுங்குமுறை நடைமுறையின் குறுக்குவெட்டில் அமர்ந்துள்ளன.

ஆலை வேலிக்கு அப்பால் செயலற்ற பாதுகாப்பு என்ன தருகிறது

பங்குகள் உலை பாத்திரத்திற்கு அப்பால் நீண்டுள்ளன. சிதைவு வெப்ப அகற்றல் ஈர்ப்பு மற்றும் சேமிக்கப்பட்ட வெப்ப நிறையைப் பொறுத்திருக்கும் ஒரு வடிவமைப்பு வெளியில் இருந்து முடக்குவது கடினம், குறைவான அவசர திட்டமிடல் உள்கட்டமைப்பு தேவைப்படுகிறது, மற்றும் நிர்வகிக்கக்கூடிய சம்பவத்தை பேரழிவாக மாற்றும் வகையிலான அடுக்கு கட்டமைப்பு தோல்விக்கு குறைவான பாதிப்புக்குள்ளாகிறது. தொலைதூர தொழில்துறை தளங்கள், சுரங்க செயல்பாடுகள் அல்லது பலவீனமான பரிமாற்ற வலைப்பிணையங்களைக் கொண்ட பிராந்தியங்களுக்கு முன்மொழியப்பட்ட மேம்பட்ட உலைகளுக்கு, அந்த சுதந்திரம் எரிபொருள் செயல்திறனில் ஏற்படும் எந்த அதிகரிப்பை விட அதிக முக்கியத்துவம் வாய்ந்ததாக இருக்கலாம்.

இவை எதுவும் செயலற்ற அமைப்புகளை ஒரு அனைத்து நோய் தீர்க்கும் மருந்தாக ஆக்கவில்லை. அவை இன்னும் கவனமான பொறியியல், கடுமையான சோதனை மற்றும் அவற்றின் வரம்புகளின் நேர்மையான கணக்கியல் தேவைப்படுகின்றன. ஆனால் அவை ஒரு உண்மையான தத்துவ மாற்றத்தைக் குறிக்கின்றன: பேரழிவுக்கு இயந்திரங்கள் எவ்வளவு விரைவாக பதிலளிக்க முடியும் என்று கேட்பதற்குப் பதிலாக, ஆராய்ச்சியாளர்கள் இயந்திரங்கள் பதிலளிக்கவே தேவைப்படாத ஒரு உலையை எவ்வாறு வடிவமைப்பது என்று கேட்கிறார்கள். அர்கோனின் மதிப்பீட்டு பணி அந்த மாற்றத்தின் நடுவில் நேரடியாக அமர்ந்துள்ளது, ஒரு கவர்ச்சிகரமான கருத்தை எண்கள், தொடர்புகள் மற்றும் ஒரு ஒழுங்குமுறை அதிகாரி ஆய்வு செய்யக்கூடிய சான்றுகளாக மாற்றுகிறது.

இந்தக் கட்டுரை Interesting Engineering இன் செய்தி அறிக்கையை அடிப்படையாகக் கொண்டது. அசல் கட்டுரையைப் படிக்கவும்.