Švédsko | Svět2000

Rychlejší vesmírná komunikace se švédským přijímačem citlivým na záznam

30. 10. 2024 Iveta Mauci 4 min read 310 Zobrazení NASA, optická komunikace, Peter Andrekson, Rasmus Larsson, Švédsko, tichý zesilovač, vesmírná komunikace

NASA Technologie Vesmír

V novém komunikačním systému lze slabý optický signál (červený) z vysílače kosmické lodi zesílit bez šumu, když narazí na dvě takzvané pumpovací vlny (modrá a zelená) různých frekvencí v přijímači na Zemi. Díky bezšumovým zesilovačům výzkumníků v přijímači je signál udržovaný nerušený a příjem na Zemi se stává rekordně citlivým, což zase otevírá cestu k bezchybnějšímu a rychlejšímu přenosu dat ve vesmíru v budoucnu.

Vědci z Chalmersovy technické univerzity ve Švédsku nyní vytvořili systém, který díky tichému zesilovači a přijímači citlivému na záznam otevírá cestu k rychlejší a lepší vesmírné komunikaci.

Při výzkumu vesmíru lze nyní využívat k přenosu snímků, filmů a dat z vesmírných sond na Zemi pomocí světla dálkové optické spoje. Aby však signály dosáhly až na místo a nebyly po cestě rušené, jsou zapotřebí hypercitlivé přijímače a zesilovače bez šumu.

Koncept optické vesmírné komunikace, který navrhli výzkumníci z Chalmersovy univerzity, otevírá nové možnosti komunikace a objevů ve vesmíru.

Systémy vesmírné komunikace jsou stále častěji založené na optických laserových paprscích namísto rádiových vln. Protože se ukázalo, že při použití světla k přenosu informací na velmi dlouhé vzdálenosti jsou ztráty signálu menší.

Ale i informace přenášené světlem ztrácejí během cesty svou sílu, a proto optické systémy pro vesmírnou komunikaci vyžadují extrémně citlivé přijímače schopné zaznamenat signály, které byly značně oslabené, než nakonec dorazily na Zemi.

Tichý zesilovač se zjednodušeným vysílačem zlepšuje komunikaci

Komunikační systém vědců využívá v přijímači optický zesilovač, který zesiluje signál s co nejmenším šumem, aby bylo možné jeho informace recyklovat. Stejně jako záře baterky se světlo z vysílače se vzdáleností rozšiřuje a slábne. Bez zesílení je signál po kosmickém letu tak slabý, že je přehlušen elektronickým šumem přijímače.

Po dvaceti letech boje s rušivým šumem, který narušoval signály, se výzkumnému týmu v Chalmers podařilo před několika lety předvést bezšumový optický zesilovač. Tichý zesilovač ale doposud nebylo možné prakticky využít v optických komunikačních spojích, neboť kladl zcela nové, podstatně složitější nároky na vysílač i přijímač.

Vzhledem k omezeným zdrojům a minimálnímu prostoru na palubě vesmírné sondy je důležité, aby vysílač byl co nejjednodušší. Tím, že umožnili přijímači na Zemi generovat dvě ze tří světelných frekvencí potřebných pro zesílení bez šumu a zároveň umožnili vysílači generovat pouze jednu frekvenci, byli výzkumníci z Chalmersu schopni poprvé implementovat zesilovač bez šumu v optickém komunikační systém. Výsledky ukazují vynikající citlivost, zatímco složitost vysílače je skromná.

„Tento fázově citlivý optický zesilovač v zásadě negeneruje žádný extra šum, což přispívá k citlivějšímu přijímači a k bezchybnému přenosu dat i při nižším výkonu signálu. Generováním dvou vln navíc jiné frekvence v přijímači, lze nyní k implementaci zesilovače použít konvenční laserový vysílač s jednou vlnou. Naše zjednodušení vysílače znamená, že lze použít již existující optické vysílače na palubě satelitů a sond spolu s nešumovým zesilovačem v přijímači na Zemi,“ říká Rasmus Larsson, výzkumník v oboru fotoniky v Chalmers a jeden z hlavních autorů studie.

Problém úzkého hrdla

Pokrok znamená, že tiché zesilovače výzkumníků mohou být nakonec použité v praxi v komunikačních spojeních mezi vesmírem a Zemí. Systém je tak připravený přispět k řešení dnes známého problému úzkého hrdla mezi vesmírnými agenturami.

NASA hovoří o „úzkém hrdle vědeckého návratu“ a rychlost sběru vědeckých dat z vesmíru na Zemi je faktorem, který představuje překážku v řetězu. Věříme, že náš systém je důležitým krokem vpřed směrem k praktickému řešení, které dokáže vyřešit toto úzké hrdlo,“ říká Peter Andrekson.

Dalším krokem pro výzkumníky je testování optického komunikačního systému s implementovaným zesilovačem při terénních studiích na Zemi a později i v komunikačních spojeních mezi satelitem a Zemí.

Peter Andrekson, profesor, Divize fotoniky, Katedra mikrotechnologie a nanověd. — ***Peter Andrekson, profesor, Divize fotoniky, Katedra mikrotechnologie a nanověd***.

***Rasmus Larsson, postdoktorandský výzkumný pracovník, Divize fotoniky, Katedra mikrotechnologie a nanověd.***

Zdroj: EurekAlert, Optika

Iveta Mauci

localhost/wp

Baterii vyrobenou švédskou laboratoří ze zinku a ligninu lze použít více než 8000krát

15. 5. 2024 Iveta Mauci, šéfredaktorka a licencovaná autorka vědeckých zpráv NASA, ESO, ESA, AAAS a EurekAlert 0 komentářů 3 min read 385 Zobrazení 8000krát, baterie, lignin, Švédsko, zinek

Nové Technologie

NOVÁ ZINKO-LIGNINOVÁ BATERIE JE STABILNÍ, PROTOŽE JI LZE POUŽÍVAT PŘES 8000 CYKLŮ PŘI ZACHOVÁNÍ ASI 80 % JEJÍHO VÝKONU. BARRERA VYVINUTÁ VÝZKUMNÍKY JE MALÁ, ALE TECHNOLOGIE JE ŠKÁLOVATELNÁ.

Baterie byla vyvinuta výzkumníky z Linköpingovy univerzity ve Švédsku s vizí poskytnout levné a udržitelné bateriové řešení pro země, kde je omezený přístup k elektřině. Studie byla publikována v časopise Energy & Environmental Materials.

„Solární panely se staly relativně levnými a mnoho lidí v zemích s nízkými příjmy je přijalo. V blízkosti rovníku však slunce zapadá kolem 18:00 a domácnosti a podniky zůstávají bez elektřiny,“ říká Reverant Crispin, profesor organické elektroniky na Linköping University.

Jeho výzkumná skupina v Laboratoři organické elektroniky spolu s výzkumníky z Karlstadské univerzity a Chalmersu, vyvinula baterii na bázi zinku a ligninu, dvou cenově výhodných a ekologických materiálů. Pokud jde o hustotu energie, je srovnatelná s olověnými bateriemi, ale bez olova, které je toxické.

Baterie je navíc stabilní, protože ji lze používat přes 8000 cyklů při zachování přibližně 80 % jejího výkonu. Baterie si navíc udrží nabití přibližně jeden týden, což je výrazně déle než u jiných podobných baterií na bázi zinku, které se vybijí během několika hodin.

Ačkoli jsou baterie na bázi zinku již na trhu, především jako nenabíjecí baterie, předpokládá se, že budou doplňovat a v některých případech nahrazovat lithium-iontové baterie v dlouhodobém horizontu, pokud bude správně zavedena funkce dobíjení.

„Zatímco lithium-iontové baterie jsou užitečné, když se s nimi zachází správně, mohou být výbušné, náročné na recyklaci a problematické z hlediska ochrany životního prostředí a lidských práv, když se extrahují specifické prvky, jako je kobalt. Naše udržitelná baterie proto nabízí slibnou alternativu tam, kde hustota energie není kritická,“ říká Ziyauddin Khan, výzkumník z Laboratory of Organic Electronics v LiU.

Problém se zinkovými bateriemi je především špatná kvůli životnosti zinku, který reaguje s vodou v roztoku elektrolytu baterie. Tato reakce vede k tvorbě plynného vodíku a dendritickému růstu zinku, což činí baterii v podstatě nepoužitelnou.

Ke stabilizaci zinku se používá látka zvaná draselný polyakrylátový solný elektrolyt voda v polymeru (WiPSE). Vědci z Linköpingu nyní prokázali, že když se WiPSE použije v baterii obsahující zinek a lignin, stabilita je velmi vysoká.

„Zinek i lignin jsou super levné a baterie je snadno recyklovatelná. A pokud spočítáte náklady na cyklus využití, stane se z toho extrémně levná baterie ve srovnání s lithium-iontovými bateriemi,“ říká Ziyauddin Khan.

V současné době jsou baterie vyvinuté v laboratoři malé. Vědci se však domnívají, že mohou vytvořit velké baterie, velikosti zhruba autobaterie, díky množství ligninu a zinku za nízkou cenu. Masová výroba by však vyžadovala zapojení firmy.

*Výzkumníci Reverant Crispin a Ziyauddin Khan z Laboratoře organické elektroniky.*

Reverant Crispin tvrdí, že postavení Švédska jako inovativní země mu umožňuje pomáhat jiným národům při přijímání udržitelnějších alternativ.

„Můžeme to považovat za svou povinnost pomoci zemím s nízkými příjmy, aby se nedopustily stejných chyb, jaké jsme udělali my. Když budují svou infrastrukturu, musí okamžitě začít se zelenými technologiemi. Pokud bude zavedena neudržitelná technologie, budou ji používat miliardy lidí, což povede ke klimatické katastrofě,“ říká Reverant Crispin.

Článek byl upraven z tiskové zprávy AAAS, vědecká studie byla publikovaná v časopise Energie a ekologické materiály, DOI10.1002/eem2.12752

Iveta Mauci, šéfredaktorka a licencovaná autorka vědeckých zpráv NASA, ESO, ESA, AAAS a EurekAlert

Vysoce aktivní jaderný odpad leží v hlubokých, modře osvětlených rybnících, pod švédským venkovem

4. 9. 2022 Adam Walko 5 min read 435 Zobrazení Anglie, Aspo Hard Rock Laboratory, jaderný odpad, Spojené království, Švédsko, uskladnění, vysoce aktivní

Nové Technologie TOP 10

V hlubokých, úžasně čistých, modře osvětlených rybnících asi 40 m pod švédským venkovem leží desítky let vysoce aktivní jaderný odpad

Je to zvláštně krásný a poněkud znepokojující pohled. Řady dlouhých kovových kontejnerů, naplněných použitým jaderným palivem z tamních reaktorů, leží pod hladinou poblíž Oskarshamnu na švédském pobřeží Baltského moře, napsal server BBC.

Je vysoce smrtelný a zcela bezpečný. Smrtící, protože tento materiál je silně radioaktivní. Bezpečný, protože leží pod 8 m vody, což je velmi účinná bariéra proti záření. Odpad lze takto uchovávat desítky let.

Intenzivní radioaktivita generuje velké množství tepla a tento druh materiálu musí být chlazen po dlouhou dobu, než může být vyjmut ke skladování.

Jaderný odpad musí být před přemístěním do jiných skladovacích zařízení zchlazen.

Co s tím dělat potom, je však otázkou, se kterou se mnoho vlád, včetně té Spojeného království, potýká už léta. Dokonce i po přibližně 60 letech komerčních a vojenských programů činí zásoby nejnebezpečnějšího, vysoce aktivního odpadu ve Spojeném království několik tisíc tun, i když existuje také několik set tisíc tun středně aktivního odpadu, se kterým se bude muset také nakládat.

Skutečným problémem není kvantita, ale čas.

„Použité palivové články jsou silně radioaktivní a rozpad radioaktivity trvá dlouho,“ vysvětluje profesor Neil Hyatt, hlavní vědecký poradce britského Nuclear Waste Services.

„Po asi 1 000 letech zbylo asi 10 % původní radioaktivity, a ta se bude rozkládat pomalu asi za 100 000 let.“ To vytváří jedinečné potíže.

„Nemůžeme se spoléhat na institucionální kontrolu po dobu mnohem delší než několik století,“ říká profesor Hyatt. „Římská říše trvala asi 500 let. Poslední doba ledová skončila asi před 10 000 lety.

„Povrch Země a lidské civilizace se tedy mění mnohem rychleji, než je rychlost, jakou se může rozpadat radioaktivita v tomto vyhořelém jaderném palivu.“

Švédsko již dospělo k vlastním závěrům. Svůj odpad plánuje zakopat do skály hluboko pod zem a nechat ho tam navždy. Jde o proces známý jako geologická likvidace a vědci v zemi strávili desetiletí studiem různých způsobů, jak by to mohlo být provedeno.

Švédsko experimentuje s ukládáním jaderného odpadu pod zem v Aspo Hard Rock Laboratory.

Velká část výzkumu byla provedena v Aspo Hard Rock Laboratory, zařízení postaveném poblíž Oskarshamnu na jihu země. Stovky metrů pod povrchem byla do skály vyvrtána síť obrovských umělých jeskyní.

Využívá se k experimentům, které zkoumají, jak by mohly být odpady zabaleny a uloženy do hrobu a jak by se mohly použité materiály časem degradovat.

Skalní podloží je zde rozpraskané s protékající slanou vodou – prastarou solankou, která migrovala vysoko z Baltského moře po tisíce let. Takto vlhké prostředí by nebylo vhodné pro skutečné úložiště. Ale podle Ylvy Stenqvist, projektové ředitelky tamního jaderného operátora SKB, je pro testování perfektní.

„Tato lokalita byla vybrána, protože je dostatečně mokrá,“ vysvětluje. „Protože pokud naše experimenty zkoušíme v oblasti, která je opravdu suchá, musíme na jakékoli výsledky čekat věky.

„Takže jsme toto místo vybrali vědomě, abychom urychlili některé experimenty. Abychom skutečně zdůraznili naše materiály a naše metody a viděli, jak obstojí v tomto docela agresivním prostředí.“

Vlhké podmínky v Oskarshamnu jsou ideální pro testování kontejnerů na jaderný odpad, říká Ylva Stenqvist.

Začátkem tohoto roku švédská vláda schválila plány na skutečné geologické úložiště (GDF), které má být postaveno ve Forsmarku, asi 150 km severně od Stockholmu.

Očekává se, že projekt bude stát asi 19 miliard švédských korun (1,5 miliardy liber; 1,8 miliardy dolarů) a vytvoří 1 500 pracovních míst, i když výstavba potrvá desetiletí. Práce na podobném plánu ve Finsku začaly v roce 2015.

Tento vývoj je pečlivě sledován z Velké Británie, která také hodlá vybudovat GDF, ačkoli opakované pokusy najít vhodné místo byly zmařeny politickou neústupností a také intenzivním odporem místních demonstrantů a ekologů.

Současné snahy najít místo a populaci ochotnou jej hostit se nyní řídí přístupem „založeným na souhlasu“, v jehož rámci vládní orgán Nuclear Waste Services vytváří partnerství s místními komunitami, aby je zapojil do procesu.

Jako pobídka je těmto komunitám nabídnuta investice ve výši 1 milionu GBP pro místní iniciativy, když se zaregistrují, přičemž tato částka se zvýší na 2,5 milionu GBP, pokud budou prováděny hlubinné vrty.

Od začátku tohoto procesu v roce 2018 byla vytvořena čtyři taková partnerství.

Probíhá konzultace s lokalitami poblíž Sellafieldu v Cumbrii ohledně geologického úložiště.

Tři jsou v Cumbrii. Patří mezi ně část pobřeží, která je již domovem jaderné elektrárny Sellafield a mnoha jejích pracovníků. Čtvrtý a nejnovější byl založen v Theddlethorpe, Lincolnshire.

Skotsko není součástí tohoto procesu a skotská vláda v současné době nepodporuje hlubinné geologické ukládání.

I v oblastech, kde byla vytvořena partnerství, přetrvává silný odpor.

„Jsme vehementně proti geologické likvidaci horkého jaderného odpadu generujícího teplo,“ říká Marianne Birkby z Cumbria protestní skupiny Radiation Free Lakeland.

„Odpad by měl zůstat tam, kde ho lze monitorovat, kde jej lze přebalit a kde jej lze získat, pokud se něco stane,“ trvá na svém. „Pod zemí by nebyla absolutně žádná šance na zadržení, kdyby došlo k úniku.“

Mezi nimi je Dr. Paul Dorfman, spolupracovník výzkumné jednotky vědecké politiky na University of Sussex a předseda Nuclear Consulting Group. „Geologické ukládání je koncept, nikoli realita,“ vysvětluje. „Existuje značná vědecká nejistota ohledně toho, zda materiály, které by byly použity, mohou přežít pustošení času.“

„Pokud se nemůžete zbavit odpadu, nemůžete zvýšit produkci, což znamená, že jaderná USP – je šetrná ke klimatu a tak dále – je zcela závislá na představě, že se můžete tohoto odpadu zbavit,“ říká.

„Geologická likvidace je ve skutečnosti bohužel jaderný fíkový list.“

Zdroj: BBC

Adam Walko