طاقة شمسية دون خلايا شمسية بواسطة تأثير مغناطيسي خفي للضوء

طاقة شمسية دون خلايا شمسية بواسطة تأثير مغناطيسي خفي للضوء

يبدو العلم أحياناً مهووساً إلى حد ما، وقد سمح هذا الهوس للباحثين بالوصول إلى اكتشاف جديد يمكن أن يسمح بالحصول على طاقة شمسية بدون الاستعمال التقليدي للخلايا الشمسية المبنية على أنصاف الموصلات.

اكتشف باحثون من قسمي الهندسة الكهربائية وعلوم الحاسب الألي والفيزياء والفيزياء التطبيقية في جامعة ميتشيغان بقيادة البروفيسور ستيفان راند تأثيراً مغناطيسياً مفاجئاً ومثيراً. فقد وجدوا طريقة لصنع "بطارية ضوئية" مسقطين مبادئ للفيزياء عمرها قرن.

للضوء، كما يمكنك أن تعلم، مركبتين كهربائية ومغناطيسية. وقد ظن العلماء حتى الآن أن تأثيرات الحقل المغناطيسي ضعيفة جداً ويمكن بالتالي إهمالها. ولكن وجد الباحثون أنه عندما ينتقل الضوء بالشدة المناسبة خلال مادة لا تنقل التيار الكهربائي، يمكن لحقل الضوء أن يولد تأثيرات مغناطيسية أقوى بـ 100 مليون مرة مما كان يتوقع سابقاً. حيث "تحفز التأثيرات المغناطيسية في هذه الشروط قوة تساوي التأثير الكهربائي القوي، مما يقود إلى نوع جديد من الخلايا الضوئية بدون أنصاف نواقل وبدون امتصاص قادر على فصل الشحنات" كما يقول راند الذي يضيف أنه "في الخلايا الشمسية يذهب الضوء إلى مادة ويُمتَص ويولد حرارة. نتوقع هنا أن نحصل على حمولة حرارة منخفضة جداً. ولكن بدلاً من امتصاص الضوء تخزن الحرارة في العزم المغناطيسي. ويمكن أن يحرض التمغنط الكثيف بالضوء الشديد، مما يجعله في النهاية قادراً على التزويد بمصدر طاقة سعوي".

لقد جعل نوع من "التقويم الضوئي" لم يكتشف وجوده من قبل هذا الأمر "السحري" ممكناً، وفقاً لويليام فيشر طالب الدكتوراه في الفيزياء التطبيقية والمشارك في الدراسة التي نشرت حديثاً في مجلة الفيزياء التطبيقية.

والمعروف أن الحقل الكهربائي للضوء في التقويم الضوئي التقليدي يفصل الشحنات بما يؤدي لنشوء فرق كمون أو جهد، يشبه ذلك الذي يوجد في البطارية. وقد كشف هذا التأثير الكهربائي سابقاً في المواد المبلورة التي يوجد فيها بعض التناظر فقط، ولكن وجد الآن أن الحقل المغناطيسي للضوء يمكنه أيضاً أن يحدث تقويماً ضوئياً في ظروف مناسبة وفي أنماط أخرى من المواد.

يقول فيشر أنه "ينشأ عن ذلك أن الحقل المغناطيسي يبدأ بحني الإلكترونات لتأخذ شكل حرف C وتتحرك إلى الأمام قليلاً كل مرة. وهذا الشكل لحركة الشحنات يولد كلاً من ثنائي قطب كهربائي وثنائي قطب مغناطيسي. فإذا استطعنا إنشاء الكثير من هذا في قوس ضمن ليف طويل، فإنه يمكننا صنع فرق كمون ضخم، وباستخلاص هذا الفرق في الكمون يمكننا استخدامه كمصدر للطاقة".

يجب أن تبرز هذه النوعية من الضوء خلال مادة لا توصل التيار الكهربائي مثل الزجاج. ويجب أن تركز حتى شدة تصل إلى 10 مليون واط بالسنتيمتر المربع. ولا يعطي ضوء الشمس لوحده هذه الشدة، ولكن يعرف أن مواد جديدة بإمكانها أن تعمل بشدات أقل حسب قول فيشر الذي يضيف أنه "في أحدث نشراتنا العلمية بينا أن ضوءً غير متجانس كضوء الشمس له نظرياً فعالية مكافئة تقريباً لفعالية ضوء الليزر في إنتاج فصل الشحنات".

يقول راند " أنك تستطيع أن تحملق في معادلات الحركة كل اليوم، لكنك لن تجد فيها هذه الإمكانية. لقد تعلمنا جميعاً أن ذلك لا يمكن أن يحصل. إنه تأثير متبادل غريب جداً. ولهذا فقد أغفل لأكثر من 100 عام".

يقول الباحثون أنه يمكن لهذه التقنية أن تجعل الطاقة الشمسية أرخص. ويتوقعون أنه بواسطة مواد محسنة سيكون بإمكانهم أن يحصلوا على 10 بالمائة فعالية في تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة قابلة للاستعمال. وهذا يكافئ نوعية الخلايا الضوئية التجارية الحالية.

يقول فيشر أنه "لكي تصنع خلايا ضوئية حديثة الآن يجب عليك التعامل المكثف بأنصاف الموصلات. لكن كل ما نحتاجه هو عدسات لتركز الضوء وليف لتوجيهه. والزجاج يعمل في الحالتين، وهو يصنع الآن على نطاق واسع ولا يحتاج للكثير من المعالجة. لكن السيراميك الشفاف قد يكون أفضل".

هذا وتسعى جامعة ميتشيغان إلى حماية الملكية الفك

رية لهذا الكشف من خلال براءة اختراع.

الأستاذة القديرة
نعمة محمد

وأشكر حضرتك على هذا الطرح المميز