Wissenschaftler hatten lange Zeit Schwierigkeiten, den Mechanismus der Wechselwirkung von Neutrinos mit Materie wissenschaftlich zu begründen. Einerseits galt es als unbestritten, dass das Neutrino eine Superpenetrationsfähigkeit besitzt, nicht mit Materie wechselwirkt und die Erde durch und durch durchdringt, ohne auf Hindernisse zu stoßen. Beim Testen einer mehrschichtigen Nanobeschichtung, die von Wissenschaftlern der Neutrino Energy Group erstellt wurde und auf einer Metallfolie abgeschieden ist und aus abwechselnden Schichten von Graphen und Silizium mit Zusatz von Legierungselementen besteht, wurden Aufzeichnungsgeräte beim Testen einer Energieplatte in einem Beton aufgezeichnet Bunker, in einer Tiefe von 30 m in einem Käfig Faraday zeigte das Vorhandensein von elektrischem Strom. Ein solches Stromerzeugungsblatt der Größe A4 lieferte eine stabile elektrische Ausgangsleistung von 2,5–3,0 W.
Experimentell haben Wissenschaftler herausgefunden, dass die maximalen Parameter der Stromerzeugung erreicht werden, wenn 10 bis 20 Schichten Silizium-Graphen unter Zugabe von Legierungselementen auf die Folie aufgebracht werden. Die Nanobeschichtung erweist sich als ausreichend dicht, was für die notwendige Wechselwirkung mit Neutrinos und anderen Teilchen des unsichtbaren Strahlungsspektrums sorgt, um die Energie der umgebenden Strahlungsfelder effizient in elektrischen Strom umzuwandeln. Die bevorzugte Gesamtbeschichtungsdicke beträgt 0,01 mm bis 1 mm, die Siliziumpartikel sollten eine Größe von 5 nm bis 500 nm, besonders bevorzugt 5 nm, und die Graphenpartikel sollten eine Größe von 20 nm bis 500 nm, besonders bevorzugt 20 nm aufweisen nm, da bei Verwendung dieser Parameter die Effizienz der Energieumwandlung steigt.
Der Mechanismus der Wechselwirkung von Neutrinos mit Materie wurde von Wissenschaftlern bestätigt, die an der experimentellen Arbeit von COHERENT teilgenommen haben. Das COHERENT-Experiment im Oak-Ridge-Labor (USA) hat bewiesen, dass niederenergetische Neutrinos an schwachen Wechselwirkungen mit Materiekernen teilnehmen. 2017 wurde die elastische kohärente Neutrinostreuung experimentell entdeckt. ORNL-Physiker Jason Newby, technischer Koordinator und einer von 11 ORNL-Mitarbeitern bei COHERENT, sagte in Zusammenarbeit mit 80 Forschern aus 19 Institutionen und vier Ländern: Neutrinos auf Kernen.
Die Forscher entdeckten und analysierten erstmals die kohärente elastische Streuung von Neutrinos durch Kerne. Eine ausführliche Beschreibung der Experimente findet sich im Artikel „Der kleinste Neutrino-Detektor der Welt entdeckt einen großen Fingerabdruck der Physik“. Ein energiearmes Neutrino trifft wie ein Tennisball, der mit einer Bowlingkugel kollidiert, auf den großen und schweren Kern eines Atoms und überträgt eine winzige Menge Energie darauf. Dadurch prallt der Kern fast unmerklich ab, d.h. Niederenergetische Neutrinos nehmen an schwachen Wechselwirkungen mit Materiekernen teil. Ein ähnliches Modell der Wechselwirkung von hoch- und ultrahochenergetischen Neutrinos mit den Kernen von Graphenatomen kann als theoretische Untermauerung des Modells zur Umwandlung von Neutrinoenergie in elektrischen Gleichstrom herangezogen werden. Wenn Neutrinos beliebiger Energie und Masse mit den Kernen von Graphenatomen kollidieren, tritt ein kleiner „Rückprall“ von Graphenatomen auf, d.h. Schwingungen von Graphenatomen nehmen zu. Nach Angaben des Karlsruher Instituts für Technologie ist das Neutrino mindestens 500.000 Mal leichter als das Elektron; die Teilchenmasse beträgt etwa 1,1 Elektronenvolt. Diese Einheit wird üblicherweise in der Atomphysik verwendet, um Energie zu definieren, kann aber auch zur Berechnung der Masse verwendet werden.
Berücksichtigt man, dass der ständig in die Erde eindringende Fluss von Neutrinos etwa 60 Milliarden Teilchen pro Sekunde durch 1 cm2 der Erdoberfläche beträgt, trägt die Wechselwirkung selbst eines sehr kleinen Teils der Masse von Neutrinos mit einem mehrschichtigen Nanomaterial erheblich zum Gesamtwert bei des erzeugten Gleichstroms.
Je stärker der Einfluss von Strahlungsfeldern, einschließlich Neutrinos, und je höher die Temperatur, desto stärker die Schwingungen von Graphenatomen. Als Ergebnis eines solchen Aufpralls entsteht in Graphen eine Welle, ähnlich wie Wellen auf der Meeresoberfläche, die aus einer Kombination kleiner spontaner Bewegungen resultiert und zum Auftreten größerer spontaner Bewegungen führt. Die Verschiebung eines Atoms zusammen mit den Verschiebungen anderer Atome verursacht das Auftreten von Oberflächenwellen mit horizontaler Polarisation, die in der Akustik als Love-Wellen bekannt sind. Aufgrund der Besonderheiten des Kristallgitters von Graphen schwingen seine Atome wie im Tandem, was solche Bewegungen von den spontanen Bewegungen von Molekülen in Flüssigkeiten unterscheidet. Da die Schwingungen von Graphenatomen beispielsweise 100-mal stärker sind als die Schwingungen von Siliziumatomen, ergibt sich aus der Überlagerung der Frequenz der äußeren Einwirkung von Strahlungsfeldern, einschließlich der Wirkung von Neutrinos, auf die innere Schwingungsfrequenz von " Graphen-Wellen", die durch die Brownsche Bewegung der Temperatur bestimmt werden, verstärkt solche Schwingungen und führt zu einer Resonanz von atomaren Schwingungen.
Tomonische Schwingungen bei Resonanz machen es möglich, den Rückstoß von Elektronen beim Kontakt mit dotiertem Silizium zu vervielfachen. Die beschichtete Seite der Metallfolie wird zum Pluspol, während die unbeschichtete Seite zum Minuspol wird.
Ein wichtiger Vorteil der Neutrinovoltaik-Technologie ist zunächst einmal die Unabhängigkeit von Witterungseinflüssen und die Erzeugungsplatten nehmen keine großen Flächen ein: Sie werden übereinander gelegt und zusammengepresst, was eine zuverlässige Reihenschaltung der Platten gewährleistet die erzeugende Zelle. Mehrere Generatorzellen, die die Stromquelle bilden, werden miteinander in Reihe und / oder parallel geschaltet, bis die erforderlichen Strom- und Spannungsindikatoren erreicht sind.
Die Neutrinovoltaik-Technologie ist sehr flexibel und ermöglicht es Ihnen, Stromquellen mit verschiedenen Kapazitäten und Geometrien für eine Vielzahl von Anwendungen zu erstellen: von Mobiltelefonen über Stromversorgungssysteme für Haushalte bis hin zu Elektrofahrzeugen. Basierend auf der von der Neutrino Energy Group entwickelten Neutrinovoltaik-Technologie wird Ende 2022-Anfang 2023 die kommerzielle Produktion von Neutrino Power Cubes mit einer Ausgangsleistung von 5 kW für die Stromversorgung von Haushalten in der Schweiz beginnen.
2022-05-20 15:20:54
Autor: Vitalii Babkin