ضوء شمس اصطناعي
ضوء الشمس الاصطناعي (إنگليزية: Artificial sunlight)، هو استخدام مصدر ضوء لمحاكاة ضوء الشمس حيث تكون هناك حاجة إلى الخصائص الفريدة لضوء الشمس، عندما يكون ضوء الشمس الطبيعي الكافي غير متوفر أو غير ممكن. الجهاز المستخدم لمحاكاة ضوء الشمس هو المحاكي الشمسي.
تكوين ضوء الشمس الطبيعي
يتراوح طيف الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي يضرب الغلاف الجوي للأرض من 100 إلى 1.000.000 نانومتر. يمكن تقسيم هذا إلى خمس مناطق بترتيب متزايد للأطوال الموجية:[1]
- الأشعة فوق البنفسجية ج (UVC) النطاق: 100–290 ن.م.
- الأشعة فوق البنفسجية ب (UVB) النطاق: 290–320 ن.م.
- الأشعة فوق البنفسجية أ (UVA) النطاق: 320–400 ن.م.
- النطاق المرئي أو الضوء: 400–700 ن.م.
- نطاق الأشعة تحت الحمراء. وهو مقسم كذلك إلى ثلاثة أنواع على أساس الطول الموجي:
- الأشعة تحت الحمراء-أ: 700–1,400 ن.م.
- الأشعة تحت الحمراء-ب: 1,400–3,000 ن.م.
- الأشعة تحت الحمراء-ج: 3,000–1,000,000 ن.م.
التطبيقات
الإضاءة
زُعم أن مصادر الضوء الاصطناعي التي تحاكي أطيافها إلى حد كبير طيف ضوء الشمس الأرضي مفيدة لصحة الإنسان وإنتاجيته.[citation needed] تعطي هذه المصادر الضوء كامل الطيف.[2]
العلاج بالضوء
ضوء الشمس الاصطناعي مفيد في علاج ومنع الاضطراب العاطفي الموسمي (المعروف أيضًا باسم "اكتئاب الشتاء"، والذي يسبب أعراض الاكتئاب تحديدًا في الشتاء)،[3] و متلازمة مرحلة النوم المتأخرة، حيث يضطرب إيقاع الساعة البيولوجية (التناوب الإيقاعي بين سلوك النهار والليل والحالات الجسدية) ويغفو الشخص في وقت متأخر عما يريد.
قد يكون ضوء الشمس الاصطناعي مفيدًا أيضًا في تقليل شدة اضطراب الرحلات الجوية الطويلة.[4]
إضاءة الأحواض المائية
تتطلب أنواع المرجان المختلفة في حوض الشعاب المرجانية ظروف إضاءة مختلفة. تعتمد معظم الشعاب المرجانية تكافليًا على الحييونات الصفراء، وهو نوع من الطحالب. تتطلب الحييونات الصفراء الضوء للقيام بعملية التمثيل الضوئي، وهي تزود المرجان بالكربوهيدرات البسيطة. تقنية تستخدم الثنائيات الباعثة للضوء (LED) تسمح للمعالجات الدقيقة بالتحكم في معلمات الإضاءة، مثل الألواء الدافئة والباردة، مما يسهل محاكاة الفجر وغروب الشمس وأطوار القمر. بعض الحيوانات، مثل السلاحف حمراء الأذن تستفيد أيضًا من أضواء الأحواض المائية هذه.
اختبار الإنتاج
يتطلب اختبار فعالية واقيات الشمس استخدام المحاكيات الشمسية.[5]
يجب على مصنعي الخلايا الشمسية اختبار الكفاءة الكلية للخلايا. يجب اختبارها في الداخل، والذي يجرى تقليدياً باستخدام مصابيح بلازما الكبريت أو مصابيح قوس زينون.[6]
في صناعة السيارات، تُستخدم اختبارات المحاكاة الشمسية لضمان موثوقية نظام السيارات ووظائفه.[7]
تُستخدم أشعة الشمس الاصطناعية (المحاكيات الشمسية) أيضًا في اختبار التعرض لأشعة الشمس و"ثبات اللون" و"ثبات المواد" للمنسوجات والبلاستيك والدهانات.[5]
توليد الكهرباء
في يوليو 2026 أعلنت الصين عزمها توليد أول كهرباء من الاندماج النووي عام 2023 - بعد أن اجتاز مغناطيسين حلقيين يزن كل منهما 582 طناً، وهما أكبر مغناطيسات فائقة التوصيل تم بناؤها على الإطلاق لجهاز اندماج، اختبارات الحمل الكامل في يوليو 2026. قبل هذا التاريخ يوجد مشروعان لتوليد الطاقة الكهربائية من الاندماج النووي: الأول عام 2003، مفاعل توكاماك في خفي، حامل الرقم القياسي العالمي للحفاظ على پلازما بدرجة حرارة 100 مليون درجة لمدة 1066 ثانية، والثاني عام 2019، مفاعل توكاماك HL-3 في چنگدو، الذي دفع النوى الذرية إلى 117 مليون درجة مئوية- أي ما يقرب من ثمانية أضعاف درجة حرارة لب الشمس.[8] يُعرف الجهاز الذي ينتمي إليه هذان المغناطيسيان العملاقان باسم BEST، وهو جهاز توكاماك تجريبي فائق التوصيل يعمل بالپلازما المحترقة، ويجري بناؤه حالياً في مدينة خفي. يُعد هذا الجهاز صغير الحجم وعالي المجال المغناطيسي، وقد تم تركيب قاعدته في أكتوبر 2025. اجتازت مغناطيساته العملاقة اختبارات التحميل الكامل، ومن المقرر الانتهاء من بنائه بنهاية عام 2027. مهمة BEST هي المهمة التي لم ينجزها أي جهاز اندماج نووي على وجه الأرض حتى الآن.
عرضٌ عملي لتوليد الطاقة الاندماجية. الحصول على طاقة من الپلازما المحترقة تفوق الطاقة المُدخلة. إدارة دورة وقود التريتيوم في الوقت الفعلي. وإنتاج أول كهرباء مُولّدة بالاندماج في الصين. وقد أصبح الاندماج النووي الآن سياسة رسمية للدولة. أُدرج الاندماج النووي القابل للتحكم ضمن المشاريع الرئيسية للخطة الخمسية الخامسة عشرة للصين، والتي تغطي الفترة 2026-2030.
تنص خارطة الطريق التي وضعها كبير العلماء في المؤسسة الوطنية النووية الصينية على إجراء أول تجربة لإشعال الاندماج بحلول عام 2027 تقريباً. والقدرة على التصميم الكامل لمفاعل اختبار هندسي بحلول عام 2030 تقريبًاً. ويُبنى هذا المفاعل حوالي عام 2035. ومفاعل تجريبي بحلول عام 2045. وتغذية الكهرباء الاندماجية لشبكة الصين بحلول منتصف القرن.
التوصيل الفائق المتقدم التجريبي توكاماك EAST هو مشروع اندماج نووي ضخم يضم 35 دولة، يقع في جنوب فرنسا. ويجري تصنيع مكوناته الرئيسية. يعمل كل من EAST وHL3 كمنصات اختبار فيزيائية لمشروع المفاعل النووي الحراري التجريبي الدولي ITER الذي سيُجرى بكامل طاقته. يكمن التحدي الحقيقي في تحقيق صافي طاقة، يجب أن يُولّد المفاعل طاقة من تفاعل الاندماج أكبر من طاقة التسخين الخارجية المُدخلة إلى الپلازما. لم يُنتج أي مفاعل، لا في الصين ولا في أي مكان آخر، صافي طاقة، ناهيك عن صافي كهرباء.
حققت مفاعلات أخرى، مثل منشأة الإشعال الوطنية في الولايات المتحدة، طاقة صافية علمية باستخدام تقنية الحصر بالقصور الذاتي المدفوعة بالليزر. وقد تم التحكم في درجة الحرارة والمدة والكثافة كلٌ على حدة. يحتاج تشغيل محطة الطاقة إلى توفير جميع هذه العناصر في آن واحد، وبشكل مستدام ليس لدقائق، بل لأشهر.
مرئيات
| تجربة "الشمس الاصطناعية" الصينية لإنتاج الطاقة. |
المصادر
- ^ Naylor, Mark; Kevin C. Farmer (1995). "Sun damage and prevention". Electronic Textbook of Dermatology. The Internet Dermatology Society. Archived from the original on 5 July 2008. Retrieved 2008-06-02.
- ^ "Full-Spectrum Light Sources". National Lighting Product Information Program. Rensselaer Polytechnic Institute. March 2005. Retrieved 2008-06-05.
- ^ Raloff, Janet (2006-05-23). "Light Impacts". Science News (in الإنجليزية الأمريكية). Retrieved 2022-07-21.
- ^ "Kiss jet lag goodbye". www.news.com.au. 2006-03-12. Retrieved 2008-06-05.
- ^ أ ب "Solar simulation systems". Photo Emission Tech. Retrieved 2008-06-05.
- ^ J.C., Bisaillon (2000). "Non-traditional light sources for solar cell and module testing" in Photovoltaic Specialists Conference, 2000. Conference Record of the Twenty-Eighth IEEE.: 1498–1501, IEEE. doi:10.1109/PVSC.2000.916178.
- ^ "Solar Simulation: Basic Requirements". Archived from the original on 2009-10-10. Retrieved 2010-02-09.
- ^ "China says it will generate its first electricity from nuclear fusion around 2030". Interesting Engineering. 2026-07-10. Retrieved 2026-07-11.