اهمية مفاعلات البحوث النووية للصناعات الإلكترونية

تؤدي مفاعلات البحوث النووية دوراً محورياً في تطوير الصناعة الإلكترونية الحديثة، فقدراتها الفريدة في انتاج النظائر المشعة والحزم النيوترونية بتدفقات عالية وطاقات متعددة تمكّن من تحقيق اختراقات علمية في علوم المواد وتصنيع أشباه الموصلات الكهربائية والتقنيات المتعلقة بها. ولأهمية الدور الذي تؤديه، تنتشرالمفاعلات التي تنتج الحزم النيوترونية وتعتمد تقنيات التشعيع المختلفة لأغراض متعددة ومنها الصناعة الإلكترونية في عدد كبير من الدول. تتنوع هذه المفاعلات من حيث التصميم والقدرة التشغيلية: منها ماهو متعدد الأغراض وبقدرات عالية وكثافات نيوترونية عالية ومنها ماهو متوسط او منخفض القدرة بأهداف محددة. على ان جميع المفاعلات تشكل كل متكامل وبيئة علمية خصبة ابتداءً من عملية التدريب للعاملين الى تبادل الخبرات والتقنيات والمعلومات وأساليب العمل. فعلى الأقل هناك ثمانية مفاعلات بحثية تشغيلية فاعلة بتقنيات تحويل النيوترونات على مواد مختلفة، واكثر من ثلاثين مفاعلًا بحثيًا بشكل عام تتنوع في التصميم والقدرة الكهربائية والعمر. على ان اي مفاعل يمر بمرحلة مختلفة في إدارة مرافق الإشعاع وظروف تشغيلية خاصة به، مما يجعل تبادل الخبرات أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق ممارسات آمنة وفعّالة بالإضافة إلى تحسين الإنتاج وربطه مع المستخدمين النهائيين والشركاء الصناعيين للوفاء بمتطلبات عملية التشغيل والإنتاج. ومن المفاعلات العاملة في الوقت الحاضر المفاعل النووي الأردني للبحوث والتدريب، وهو من النوع منخفض القدرة ومتعدد الأغراض ادخل في الخدمة في نهاية عام 2016. ويؤمل ان يؤدي هذا المفاعل دورا مهما في تطوير الصناعة الإلكترونية من خلال تقنية التحويل بالغرز النيوتروني ومن خلال خدمات التشعيع المتوفرة في المفاعل.
فتقنية الغرز النيوتروني يمكن ان تستخدم لتغيير الخصائص الإلكترونة لكثير من المواد مثل الجرمانيوم ولكنها في هذه المقالة تركز على الغرز النيوتروني لمادة السيليكون المستخدمة على نطاق واسع حول العالم. تتلخص تقنية الغرز النيوتروني بتحويل مادة السيليكون التي تعتبر من اشباه الموصلات بواسطة غرز نيوترون يتبعه انحلال السيليكون الى احد نظائر الفسفور ذات الخصائص الإلكترونية المتميزة. تعتبر ذرات الفسفور الناتجة شوائب واهبة للإلكترونات التي هي اساس التيار الكهربائي. بهذه الطريقة ينتج من عملية الغرز النيوتروني مادة السيليكون المطعمة بالفسفور الواهب للإلكترونات بنسب معينة تعتمد على عوامل متعددة. يمكن معالجة المادة الناتجة بالطريقة المناسبة وتشكيلها على شكل شرائح بقدرات وخصائص كهربائية متعددة تدخل في الصناعة الإلكترونية حسب الغرض المراد.
فقد بدأت عملية الإستخدام التجاري للغرز النيوتروني للسيليكون في منتصف سبعينات القرن الماضي في المانيا وانتشر الإستغلال التجاري في عدة دول حيث تم انتاج عدة اطنان من السيليكون المشعع الى ان وصل الى عشرات الأطنان في كثير من المفاعلات لتلبية الطلب المتزايد على المكونات الإلكترونية. تشير الدراسات الى ان الطلب العالمي الحالي يبلغ حوالي 200 طن سنويا من السيليكون المشعع، ومن المتوقع ان يزيد الطلب بشكل كبير قد يصل الى آلاف الأطنان سنويا خاصة مع الإتجاه المتزايد لاعتماد السيارات الكهربائية وسيلة نقل مفضلة. اضف الى ذلك الإستخدامات الأخرى للسيليكون المطعّم بنظير الفسفور الضروري لوسائل الطاقة الجديدة والثورة الصناعية الرابعة الآخذة بالتبلور. ايضا لابد من الإشارة الى ان السيليكون المطعَم بالفسفور ينتج من المفاعل على شكل قوالب بأطوال واقطار معينة، وأن الإتجاه السائد حاليا هو الحاجة الى سبائك بأقطار اكبرمن الحالية قد تصل الى 12-16 بوصة للقالب.
اهم المفاعلات العاملة في مجال الغرز النيوتروني:
- مفاعل بلجيكا-2: ويستطيع تشعيع سبائك سيليكون بأقطار 4-5 بوصه والعمل جار على تطوير المنشأة لتشعيع قوالب بأحجام اكبر
- المفاعل الياباني رقم 3: حيث يحتوي على اماكن للتشعيع لغاية حوالي 6 بوصات وبطول سبيكة يصل الى اكثر من 23 بوصة. يمكن لهذا المفاعل ان ينتج اكثر من ثلاثة اطنان سنويا من السبائك المشععة
- مفاعل هنارو في كوريا الجنوبية: حيث يحتوي على اماكن تشعيع بقطر 5 و 6 بوصات ويستطيع انتاج اكثر من 15 طن سنويا من سبائك السيليكون المشععة
- مفاعل اوبال في استراليا: ويحتوي على ستة اماكن تشعيع في قلب المفاعل بأقطار من 4-8 بوصه ويستطيع انتاج اكثر من 15 طن سنويا
- مفاعل السفاري في جنوب افريقيا: ويستطيع انتاج سبائك بأطوال تصل الى اكثر من 23 بوصه واقطار تصل الى ست بوصات
- مفاعل جامعة ميونخ التكنولوجية في المانيا ويستطيع انتاج سبائك تصل اقطارها الى ثماني بوصات وطول حوالي 20 بوصه حيث وصلت الطاقة الإنتاجية الى 14 طن سنويا
- المفاعل الأردني للبحوث والتدريب والذي أُدخل في الخدمة الفعلية مع نهاية عام 2016 وبقدرة 5 ميغاوات حيث يحتوي قلب المفاعل على ثلاثة اماكن تشعيع سيليكون، اضافة الى اماكن اخرى ذات خصائص نيوترونية متعددة. ومن المؤمل ان يؤدي هذا المفاعل دورا مهما في خدمات التشعيع النيوتروني وانتاج السيليكون المشعع اللازم لصناعة الشرائح الإلكترونية.
لابد من الإشارة الى ان انتاج السيليكون المطعّم بالفسفور ليس هو المجال الوحيد لاستخدام المفاعل في الصناعة الإلكترونيه بل هناك اكثر من استفادة، وعلى سبيل المثال لا الحصر:
- فحص وتقوية وتطوير المواد بالإشعاع: يمكن استخدام مفاعلات البحث لاختبار المكونات والمواد الداخلة بالصناعة الإلكترونية تحت ظروف اجهادية وإشعاعية عالية وهو أمر بالغ الأهمية لتطوير إلكترونيات مقاومة للإشعاع تُستخدم في مجالات كثيرة منها: الطيران واستكشاف الفضاء، محطات الطاقة النووية، والأجهزة الطبية حيث تزيد الإختبارات من المتانة والموثوقية للأجهزة الإلكترونية
- انتاج نظير الفسفور-32 اللازم للصناعة الإلكترونية الحديثة وخاصة المكونات ذات الأداء العالي، ويمكن استخدامه ايضا في ضبط الجودة للأجهزة
- تطوير تكنولوجيا صناعة اشباه الموصلات: تسمح الحزم النيوترونية الناتجة من المفاعلات من دراسة وتحليل البنية الذرية بطرق متعددة منها التشتت والتصوير النيوتروني بما يشبه عملية التصوير بالأشعة السينية في المجال الطبي. هذه التقنيات تمكّن من دراسة العيوب لإيجاد طرق للتغلب عليها مما يؤدي الى تطوير رقائق الكترونية اصغر حجما واكثر سرعة وأعلى كفاءة
- الحوسبة الكمومية وتكنولوجيا المواد النانوية: لاتخفى اهمية الحوسبة الكمومية في تطوير القدرات الحاسوبية لتطوير مواد نانوية جديدة ومتطورة التي هي اساس الصناعات الحديثة
- توفر المفاعلات منصات للتعاون العلمي بين علماء من تخصصات متعددة حيث تحتاج اي صناعة حديثة الى هذا النوع من التعاون. كذلك توفر المفاعلات بيئات مناسبة للتدريب وتطوير المهارات للعلماء والمهندسين واعداد القيادات والقوى العاملة اللازمة للصناعات الإلكترونية
مما سبق يتبين الأثر الإقتصادي والإجتماعي لعملية التشعيع النيوتروني في صناعة الإلكترونيات الحديثة خاصة تقنية الغرز النيوتروني للمواد. هذه التقنية تعمل على تطوير تصنيع المكونات الإلكترونية عالية الأداء من حيث الدقة والتجانس والقدرة الفائقة وصناعة المكونات الإلكترونية مثل الترانزستورات والثنائيات الإلكترونية والدوائر المتكاملة والخلايا الشمسية والأجهزة عالية التردد والمواد المقاومة للإشعاع...الخ. ومما تمتاز به تقنية الغرز النيوتروني قدرتها على التكيّف مع المستجدات، وقدرتها على الإنتاج الكمي وخفض التكاليف وتوفير البيئة المناسبة للصناعات الحديثة وزيادة التنافسية الدولية في المجال. وبذلك فإن لخدمات التشعيع والتطعيم النيوتروني في المفاعل اثراً اقتصاديا واجتماعيا لايمكن تجاهله. ولابد من الإشارة ايضا الى ان التكاليف التشغيلية السنوية لأي مفاعل لن تقل عن خمسة ملايين دولار حيث تبرز الحاجة هنا الى وضع خطة تشغيلية مناسبة واعتماد تقنية التشعيع النيوتروني لتغطية جزء كبير من تكاليف التشغيل.
* استاذ في الجامعة الأردنية

جرب ميزات الذكاء الاصطناعي لدينا

اكتشف ما يمكن أن يفعله Daily8 AI من أجلك:

التعلم مع الذكاء الاصطناعيالتحقق من الحقائقتحويل النص إلى كلامملخص الذكاء الاصطناعي

أخبار ذات صلة

جو 24

١٤-٠٥-٢٠٢٥

• جو 24

وداعًا لهيمنة السيليكون: الصين تكشف عن أسرع ترانزستور في العالم بتقنية ثنائية الأبعاد

جو 24 : في سابقة علمية استثنائية قد تغيّر موازين صناعة الإلكترونيات، أعلن فريق بحثي من جامعة بكين عن تطوير نوع جديد من الترانزستورات، ولأول مرة بدون استخدام مادة السيليكون التقليدية. ويبدو أن هذا الاختراق التقني، المبني على مادة ثنائية الأبعاد تسمى "أوكسيسيلينيد البزموت"، سيفتح بابًا واسعًا أمام مرحلة جديدة كليًّا في الصناعات الرقمية. ويتركز الابتكار الذي كشف علماء جامعة بكين عنه في تصميم جديد يعرف باسم "البوابة الشاملة" (Gate-All-Around أو GAAFET). وفي الترانزستورات التقليدية الشائعة مثل تقنية "فين فيت" (FinFET)، تكون التغطية التي تحيط بقناة الترانزستور جزئية، ما يتسبب أحيانًا في تسرّب الطاقة وضعف التحكم في التيار الكهربائي. لكن التصميم الجديد يعتمد نموذجًا يسمح بتغطية بوابة الترانزستور من كل الجهات إحاطة تامة، بما يرفع من كفاءة التحكم في التيار ويقلّص فقد الطاقة بشكل ملحوظ. وما يعزز أهمية هذه الأنباء أن الأبحاث، التي نُشرت في مجلة Nature Materials، تؤكّد قدرة الترانزستور الجديد على تحقيق أداء يتفوق بشكل واضح على أحدث وأدق معالجات إنتل المنتجة بتقنية 3 نانومتر؛ إذ أسفر الابتكار الجديد عن سرعات تشغيل أعلى بنسبة 40%، مع تقليل استهلاك الطاقة بنسبة تقارب 10%. وهذا يعني أن الترانزستورات الجديدة قد تكون أسرع وأكثر توفيرًا للطاقة من المعالجات المطورة حاليًا من كبرى الشركات مثل سامسونج وتي إس أم سي. هذه النتائج المبشرة جاءت نتيجة تلافي عيوب تقنية "فين فيت" التقليدية، فالتغطية الشاملة للبوابة أخذت مكان التصميم القديم من خلال هيكل يذكرنا بصورة الجسور المتداخلة. ومع هذا التصميم المعماري المختلف كليًا، استطاع العلماء تجاوز عقبات التصغير وتقليص الحجم التي باتت تواجه رقائق السيليكون الحالية مع اقتراب الصناعة من حاجز 3 نانومتر وما دونها. ولم يكتف العلماء بتطوير تصميم مبتكر وتركيبة مادية جديدة فحسب، بل نجحوا أيضًا في إنتاج وحدات منطقية أولية صغيرة باستخدام هذه التقنية الجديدة. وقد أكدت حسابات واختبارات أداء علمية دقيقة هذه النتائج، كما يصرح البروفيسور بينغ هايلين الذي قاد الفريق البحثي قائلًا: "إذا كانت تحسينات الرقائق الحالية بمثابة سلوك 'طريق مختصر'، فتطوير الترانزستورات الجديدة مع مادتنا ثنائية الأبعاد يشبه حقًا تغيير المسار تمامًا" ويمثل اختيار المواد الجديدة نجاحًا آخر لهذا الفريق، حيث استخدموا مادة "Bi₂O₂Se" شبه الموصلة في تصنيع القناة الإلكترونية، ومادة "Bi₂SeO₅" كطبقة عازلة، وتتميز هذه التركيبة باحتكاك ضئيل جدًّا على مستوى الذرات، مما يسمح للإلكترونات بالمرور بسهولة واضحة كالماء في أنبوبٍ أملس. وقد أكد الباحثون أن التقنية الجديدة المطورة يمكن دمجها بسهولة في المصانع القائمة لصناعة أشباه الموصلات، مما يجعلها مرشحة قوية لدخول الإنتاج التجاري مستقبلًا دون تكاليف إنشاء مكلفة. ولعل مستقبل هذه التقنية يبشّر بإمكانية تطبيقها في صناعة الأجهزة الإلكترونية اليومية كالهواتف الذكية والحواسيب المحمولة، وربما يؤدي إلى تحول كبير قد يمكّن هذه الأجهزة من تقديم أداء أسرع وأقل استهلاكًا للطاقة بشكل ملحوظ. يبقى أمام التقنية الجديدة الآن تحدي إثبات نجاحها التجاري والصناعي على نطاق واسع، عند الانتقال من مرحلة المختبر إلى خطوط الإنتاج الحقيقية. إلا أن الأرقام الأولية وتعليقات الخبراء تشير بقوةٍ إلى إمكانية تغيير كبير قد يطيح نهائيًا بمكانة السيليكون الذي هيمن لسنوات طوال على عرش صناعة الإلكترونيات. وإلى جانب ذلك، قد يكون من المفيد دمج إشارات أوضح حول الوقت المتوقع لدخول التقنية للإنتاج التجاري أو ذكر أسماء شركات تكنولوجية تهتم بهذه التقنية، مما يعطي القارئ صورة أوضح وأكثر اكتمالًا. تابعو الأردن 24 على

أخبارنا

١٣-٠٥-٢٠٢٥

• أخبارنا

لأول مرة.. مصادم الهادرونات الكبير يحوّل الرصاص إلى ذهب

أخبارنا : حققت التكنولوجيا الحديثة حلم علماء الكيمياء في العصور الوسطى حيث سجلت تجربة "أليس" تحول الرصاص إلى ذهب في مصادم الهادرونات الكبير التابع للمنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (سيرن). نُشرت نتائج القياسات في مجلة Physical Review C العلمية الفيزيائية. وكان تحويل الرصاص البخس إلى الذهب الثمين حلما لعلماء الكيمياء في القرون الوسطى. ربما استلهم هذا السعي الطويل (المعروف باسم "كريزوبيا") من ملاحظة تشابه كثافة الرصاص الرمادي الباهت مع الذهب النفيس النادر. لكن العلم الحديث أكد لاحقا أن الرصاص والذهب عنصران مختلفان لا يمكن تحويل أحدهما إلى الآخر كيميائيا. ومع ظهور الفيزياء النووية في القرن العشرين اكتشف العلماء إمكانية تحويل العناصر الثقيلة عبر التحلل الإشعاعي الطبيعي والتفاعلات النووية في المختبر باستخدام النيوترونات أو البروتونات. في هذه التجربة الجديدة حقق اتحاد شركات "أليس" التحويل عبر آلية مبتكرة، وهي تقارب نوى الرصاص الشديد في مصادم الهادرون الكبير حيث تصطدم نوى الرصاص بسرعة تصل إلى 99.999993% من سرعة الضوء وتولد حقلا كهرومغناطيسيا قويا، وذلك بفضل وجود 82 بروتونا في كل نواة. ويسبب هذا المجال تفاعلات فوتون- نووية تؤدي إلى إطلاق 3 بروتونات من نواة الرصاص وتحويل بقية البروتونات الـ79 إلى الذهب. وينتج مصادم الهادرونات حاليا 89000 نواة ذهب في الثانية. وخلال فترة أعوام 2015-2018 تم إنتاج 86 مليار نواة ذهب لتصل الكتلة الإجمالية 29 بيكوغرام فقط، ما يعادل 2.9×10⁻¹¹ غرام. ويتلاشى الذهب المنتج في أجزاء من الثانية. وعلّقت الباحثة الروسية أوليانا دميترييفا من فريق "أليس" على نتائج التجربة قائلة: "تمكّنّا لأول مرة من رصد وتحليل عملية إنتاج الذهب في مصادم الهادرون الكبير بفضل كواشف ZDC الفريدة". وبذلك يكون حلم علماء الكيمياء قد تحقق تقنيا.. لكن أحلام الثروة ما زالت بعيدة المنال! المصدر:

سرايا الإخبارية

٠١-٠٥-٢٠٢٥

• سرايا الإخبارية

اكتشاف مصدر جديد للذهب!

سرايا - يقول علماء الفيزياء الفلكية إن الماجنيتارات (نجوم نيوترونية تتمتع بمجال مغناطيسي هائل)، هي مصدر للذهب في الكون. وباستخدام بيانات أرشيفية على مدى 20 عاما من تلسكوبات ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية، اكتشف العلماء دليلا على مصدر غير متوقع للعناصر الثقيلة، وهو انفجارات النجوم المغناطيسية (الماجنيتارات). حسب تقديرات الفريق البحثي، يمكن لهذه الانفجارات الهائلة أن تكون قد أنتجت حوالي 1-10% من العناصر الثقيلة في مجرتنا. ونظرا لوجود الماجنيتارات في الكون المبكر، فقد يكون الذهب الأول قد تشكل بهذه الطريقة. يذكر أن الماجنيتار هو نجم نيوتروني يتمتع بمجال مغناطيسي هائل. ورغم خصائصه الفريدة (كثافته عالية لدرجة أن مِلعقة صغيرة من مادته تزن مليار طن على الأرض)، إلا أنه عرضة لـ"هزات نجمية" تُسبب تشقق قشرته وانبعاث إشعاعات قوية تُعرف بالانفجارات العملاقة. ورُصدت 3 من هذه الانفجارات فقط في درب التبانة وسحابة ماجلان الكبرى، و7 أخرى خارجها. وافترض باتيل وفريقه أن إشعاعات هذه الانفجارات قد ترتبط بتكوين العناصر الثقيلة عبر "عملية التخليق النووي السريع"، حيث تحوّل النيوترونات النوى الذرية الخفيفة إلى نوى أثقل.