مشغل كهربائي مصغر مقاوم للإشعاع من شركة KLA | يُستخدم في تحديد موضع أجهزة الاندماج النووي

تُنتج أجهزة الاندماج النووي، وخاصة منصات تجارب الاندماج المغناطيسي من نوع توكاماك وستيلاراتور، تدفقًا نيوترونيًا قويًا للغاية ومجالًا إشعاعيًا لأشعة غاما أثناء تشغيلها، مما يُشكل تحديًا خطيرًا لبقاء جميع المعدات الكهروميكانيكية داخل الجهاز وحوله. تتلف المواد العازلة العضوية، وشحوم التشحيم، والمكونات المغناطيسية في المشغلات الكهربائية العادية بسرعة في بيئة الإشعاع عالية الطاقة هذه، وعادةً ما تتعطل في غضون ساعات قليلة إلى أيام. يُمكن للمشغل الكهربائي الدقيق المقاوم للإشعاع زيادة جرعة التحمل إلى 1 × 10 غراي من خلال اختيار شامل للمواد المقاومة للإشعاع وتصميم مُعزز، مما يُمكّن المشغل من العمل بثبات لفترة طويلة في منفذ التشخيص، ومنطقة المحول، ونظام صيانة غطاء مفاعل الاندماج، ويوفر دعمًا لحركة قلب المفاعل من أجل جمع البيانات الرئيسية والصيانة عن بُعد لتجربة الاندماج النووي.
في نظام التشخيص لتجارب الاندماج النووي، يجب وضع مجسات فيزيائية متنوعة، مثل المجس الكهروستاتيكي ومحلل الجسيمات المتعادلة وكاشف الأشعة السينية، بدقة متناهية بالقرب من حدود البلازما للحصول على معايير أساسية دقيقة كالكثافة ودرجة الحرارة وزمن الحصر. يُدمج مشغل كهربائي مصغر مقاوم للإشعاع بين شفة التفريغ التشخيصية والمجس، ويُمكنه تحريك المجس للأمام أو للخلف بخطوات تتراوح بين المليمتر والميكرومتر أثناء فجوة تفريغ البلازما. وبفضل دقة خطوة المشغل التي تصل إلى 20 نانومتر، تمكن الباحثون من رسم خريطة دقيقة لبنية طبقة البلازما المكشوطة بدقة غير مسبوقة. والأهم من ذلك، أنه خلال كل تفريغ للبلازما، يرتفع إنتاج النيوترونات في منطقة التشخيص بشكل حاد، بينما يضمن المشغل الكهربائي الصغير المقاوم للإشعاع نقل إشارات التحكم بشكل كامل وأداء عزل ملفات المحرك بفضل هيكله العازل الخزفي المقاوم للإشعاع وهيكله المعدني، ولن يتعطل أو يفقد تزامنه حتى في ظل ضوضاء خلفية إشعاعية عالية. عند دخول جهاز الاندماج دورة الصيانة، ورغم أن مستوى الإشعاع لا يزال يتجاوز الحد الآمن للبشر، يجب على روبوت الصيانة المُتحكم به عن بُعد دخول حجرة التفريغ لإجراء عمليات الصيانة واستبدال المكونات. يُستخدم المُشغل الكهربائي الدقيق المقاوم للإشعاع كمكون أساسي لتحديد موضع المفصل النهائي للذراع الميكانيكية أو واجهة التغيير السريع للأداة، لضمان محاذاة المُشغل النهائي مع البرغي أو الموصل السريع المراد فكه بدقة عالية. في عملية حفر نموذجية للصيانة عن بُعد، يُحرك المُشغل الكهربائي الدقيق المقاوم للإشعاع رأس كاميرا الرؤية لإجراء مسح ثنائي الأبعاد دقيق، مما يوفر للمُشغل تغذية راجعة محلية عالية الوضوح للصورة، وبالتالي يُوجه المُشغل لإتمام العملية بدقة متناهية.
إضافةً إلى قدرتها على تحمل الإشعاع المباشر، تتميز المحركات الكهربائية الدقيقة المقاومة للإشعاع بتوافقها مع بيئة الفراغ، مما يسمح بنشرها مباشرةً في حجرة الفراغ الرئيسية أو حجرة استخراج المحول لجهاز الاندماج النووي دون أن تُصبح مصدرًا إضافيًا لانبعاث الغازات أو التسرب. في الوقت نفسه، يُمكّن استقرار المحرك في نطاق واسع من درجات الحرارة من التكيف مع الارتفاع الموضعي في درجة حرارة جدار جهاز الاندماج نتيجةً لتسخين البلازما. تُعدّ خصائص التآكل المنخفضة للمحركات الكهربائية الدقيقة المقاومة للإشعاع بالغة الأهمية في دورة التشغيل المستمرة للأجهزة العلمية الكبيرة لعدة أشهر، مما يُقلل من وقت التوقف الناتج عن استبدال المكونات، وبالتالي يُحسّن كفاءة استخدام وقت الحزمة الثمين. ليس من المبالغة القول إن المحرك الكهربائي الدقيق المقاوم للإشعاع يُشكّل جسرًا دقيقًا بين احتياجات التشخيص الفيزيائي للاندماج النووي والتنفيذ الهندسي. فهو يُمكّن العلماء من التحكم بدقة في كل نقطة تحديد مواقع رئيسية داخل الجهاز خارج المنطقة المحظورة إشعاعيًا، ويُوفّر أساسًا ماديًا لا غنى عنه للبشرية لتحقيق الهدف الأسمى المتمثل في الاندماج النووي المُتحكّم به. مع تطور مفاعلات الاندماج في اتجاه النبضات الأطول والطاقة الأعلى في المستقبل، ستصبح مزايا الأداء للمشغلات الكهربائية الدقيقة المقاومة للإشعاع أكثر بروزًا، وسيستمر التكرار التكنولوجي للمشغلات الكهربائية الدقيقة المقاومة للإشعاع في مواكبة الاحتياجات المتطورة لهندسة الاندماج.