فلزات هم می سوزند

همه ملت ایران فاجعه بهمن 82 را به خاطر دارند؛ حادثه ای که در آن قطار سرخس - تهران که حامل بنزین ، گوگرد، پنبه ، کود، نفت سبک ، مازوت و... بود در ایستگاه نیشابور منفجر شد.

کد خبر: ۱۰۶۴۹۹

حدود 400 جنازه که بسیاری از آنها از فرط سوختگی متلاشی شده بودند در سراسر دشت پخش بودند و صدای انفجار به حدی شدید بود که در مشهد یعنی 90 کیلومتری محل حادثه هم شنیده شد. پس از این حادثه ، کارشناسان و حتی مردم تنها در زمینه علت وقوع آن حدس و گمان زدند...
دانشی که در حال حاضر پس از 10 سال تلاش بی وقفه پژوهشگران ایرانی برای نخستین بار در دنیا ایجاد شده است و دستیابی به آن نه تنها از تکرار مجدد این وقایع جلوگیری می کند، بلکه انقلابی در تولید سوخت موشکها و دیگر سیستم های هوا- فضا محسوب می شود.
گفتگوی ما را در این زمینه با دکتر محمد صدیقی ، پژوهشگر آزمایشگاه تحقیقاتی احتراق دانشگاه علم و صنعت ایران و مجری طرح بخوانید.

به طور کلی چه تعریفی از ذرات ریز جامد دارید و این ذرات تاکنون چه مشکلاتی ایجاد کرده اند؛

بسیاری از مواد جامد ازجمله چوب ، زغال سنگ ، پلاستیک ، پارچه و حتی غلات ، قند و شکر و... قابلیت اشتعال و احتراق دارند که اگر به حالت پودر درآیند، قابلیت اشتعال آنها به حدی زیاد می شود که تمایل به انفجار پیدا می کنند. نمونه های عینی متعددی از حوادث ناشی از این خاصیت مواد جامد وجود دارند. انفجار یکی از کندوهای سیلوی ترانزیت بندر امام ره در سال 73، انفجار معدن شاهرود در سال 76 و انفجار معدنی در کرمان به سال 84تنها نمونه هایی از این انفجار هستند که هر یک به کشته و زخمی شدن تعدادی از کارگران این واحد منجر شدند.

غیر از وجود این ذرات در صنایع آیا می توان از خاصیت انفجاری و احتراقی آنها در صنایع دفاعی و ساخت سلاح و حتی در سوختهای سیستم های هوا-فضا استفاده کرد؛

برای خود من هم خیلی عجیب بود که حتی وقتی فلزات به ابعاد میکرون یعنی 10 به توان منفی 6 متر می رسند می توانند بسوزند که این سوختن خیلی راحت و با تولید انرژی فوق العاده ای همراه است . از این ذرات فلزی با توجه به قابلیت انرژی فراوان می توان به عنوان سوخت موشک و بوسترهای پرتاب ماهواره استفاده کرد. آزمایشگاه تحقیقاتی احتراق دانشگاه علم و صنعت نیز در این خصوص به سال 1375با هدف شناسایی پارامترهای احتراقی ، ذرات ریز جامد راه اندازی شد. در حال حاضر پس از گذشت 10 سال از تاسیس این آزمایشگاه با طراحی و ساخت دستگاه احتراق ذرات و انجام آزمایش های متعدد در قالب دهها پایان نامه کارشناسی ، کارشناسی ارشد و دکتری ، موفقیت های چشمگیری در این زمینه حاصل شده است.

آیا غیر از صنایع و سیستم های هوا-فضا می توان به کاربرد این ذرات در دیگر بخشها امیدوار بود؛

طرح کاربرد ذرات جامد در واقع در 5محور کاهش آلودگی های محیط زیست ، سوختهای جایگزین ، کاهش مصرف سوخت ، ایمنی و پیشرانه های نوین مطرح است. مهار برخی آلودگی های زیست محیطی مانند ناکس NoX در صنایع سیمان به کمک افزودن ذرات جامد و احتراق آن ، شناسایی شرایط محیطی و عوامل وقوع انفجار در معادن زغال سنگ ، سیلوهای گندم و صنایع نساجی و همچنین استفاده از ذرات جامد در سوخت پیشرانه های جدید ازجمله رم جت ها و زیردریایی ها، ازجمله دستاوردهای آزمایشگاه احتراق مواد دانشگاه علم و صنعت بوده است.

چگونه می توان از انفجار و معضلات حاصل از ذرات ریز جامد در صنایع جلوگیری کرد؛

با کمک دستاوردهای این طرح ، طراحان صنایعی که در آنها ذرات ریز جامد تولید می شود ازجمله در نساجی ، تولید آرد و زغال سنگ می توانند با نصب حسگرها و هشداردهنده ها رسیدن غلظت ، رطوبت و دمای ذرات به مرز بحرانی را اعلام کنند و با توقف کار مانع انفجار شوند.

بحث استفاده از ذرات ریز جامد چگونه و از چه زمانی در کشور ما مطرح شد؛ برای رسیدن به این دانش فنی چه اقداماتی انجام دادید؛

ایده اولیه این کار سال 75 و پس از آن که دکتر مهدی بیدآبادی در بازدیدی از یکی از مراکز ناسا در کشور کانادا داشت ، مطرح شد ؛ البته با توجه به آن که این دانش فنی از جمله موارد Hitech بود ما باید خودمان به آن دست می یافتیم ، اما از طرفی هیچ گونه امکانات و شرایط و حتی اطلاعی از آن در کشور وجود نداشت. طرح این ایده همزمان با ورود من به دوره کارشناسی ارشد بود. حدود 6ماه فاز مطالعاتی آن طول کشید و در این مدت با بررسی اطلاعات و دستاوردهای کشورهای دیگر از موضوع اطلاع پیدا کردم و پس از آن یک سال مشغول به ساخت آزمایشگاه احتراق بودیم. در واقع ما سعی داشتیم با ساخت این آزمایشگاه اتفاقات جاری در صنایع را در ابعاد آزمایشگاهی شبیه سازی کنیم و بعد عوامل موثر روی آنها را بررسی کنیم و در نهایت دانش فنی آن را به دست بیاوریم. در حال حاضر هم با کار روی غلات و ذرات آلومینیوم توانسته ایم چیستی ، ماهیت و مکانیسم احتراق آنها را بیابیم.

چرا میان فلزات آلومینیوم انتخاب شد و آیا در دنیا هم از این فلز و خواص آن در کارها استفاده می شود؛

ما از میان فلزات آلومینیوم را انتخاب کردیم ، چراکه انرژی شیمیایی زیادی دارد و در عین حال بسیار ارزان است. وقتی این فلز را به حالت پودر و ذرات ریز درآوردیم نسبت به مواد اشتعال زا دیگر چیزی در حدود 100 برابر انرژی بیشتری تولید کرد ؛ البته تا اینجای کار را کشورهای دیگر و از جمله امریکا و سازمان ناسا چند سالی مورد استفاده قرار می دادند.

ما در حال حاضر به پتانسیل تولید سوخت برای رم جت هایی با سرعت ماورائ صوت دست پیدا کرده ایم

استفاده از این مواد در صنایع دفاعی پیشرفته مطرح بود و به جای استفاده از مخازن و منابع بزرگ سوخت در موشکها و پیشرانه ها از مقادیر کم آنها به اضافه درصدی پودر آلومینیوم استفاده می شود حتی در بیشتر موارد هم البته به صورت مونتاژ و بدون آن که دانش فنی آن موجود باشد در صنایع دفاعی به کار می رفت. از ذرات ریز جامد بخوبی می توان در ساخت سلاحهای پیشرفته ای استفاده کرد که تخریبی حتی بیش از سلاحهای هسته ای دارند، ولی اثرات مخرب و زیست محیطی در پی ندارند. از آنجا که این بحث در سطح دنیا بسیار نو و تازه بود ما هم طی این 10 سال در این عرصه امکان رقابت با کشورهای دیگر را پیدا کردیم. هنوز بسیاری از پیچیدگی های این کار طی نشده اند و یکی از این پیچیدگی ها مکانیسم احتراق بود. سال 2002 در سطح دنیا ادعا شد که محققان در حال بررسی این مکانیسم هستند با همپای آنها کار را در این مورد شروع کردیم و سال 2004 زودتر از بقیه کشورها و برای اولین بار دستیابی به دانش مکانیسم احتراق را در سطح دنیا مطرح کردیم و ادعای ما در سال 2006 کامل شد. از آنجا که هر چه ماهیت اصلی کار بیشتر مشخص شود بهتر می توان از این دانش استفاده کرد، ما در حال حاضر به پتانسیل تولید سوخت برای رم جتهایی با سرعت ماورائ صوت یعنی هزار برابر بیش از مافوق صوت دست پیدا کرده ایم. این یعنی توانی که هیچ سوخت دیگری تا به حال نتوانسته آن را ایجاد کند.

شما در رساله دکتری چه مباحث و دستاوردهایی در این زمینه ارائه کرده اید؛

دستیابی به دانش احتراق ذرات آلومینیوم به کمک احیای مستقیم اکسیژن آب از جمله فناوری های برتری به شمار می رود که تاکنون فقط یکی از کشورهای جهان داشتن آن را اعلام کرده است. در این راستا تحقیقات رساله دکتری ام که با راهنمایی دکتر مهدی بیدآبادی ، عضو هیات علمی دانشکده مکانیک و رئیس دانشگاه علم و صنعت ایران انجام شد، بر تحلیل و بررسی مکانیسم انتشار شعله ذرات ریز آلومینیوم ، پارامترهای نیانیکی فاصله خاموشی و سرعت سوزش شعله ذرات آلومینیوم به کمک دستگاه احتراق ذرات ریز جامد در شرایط فشار ثابت محیط، اندازه گیری و اثر تغییر قطر ذرات ، افزایش درصد اکسیژن و تعویض گاز حامل به پارامترهای مذکور متمرکز بود.

در آزمایشگاه چگونه این مواد ریز جامد را آزمایش می کنید؛

اساس آزمایش های انجام شده در این تحقیقات بر تزریق یکنواخت ذرات ریز جامد در یک استوانه احتراق کنترل شده ذرات است که این کار در دستگاهی که به همین منظور طراحی و ساخته شده ، انجام می شود. در واقع در این دستگاه پس از رسیدن ذرات به غلظت لازم و کنترل آن به کمک اشعه لیزر، شعله ایجاد می شود و در استوانه انتشار می یابد. فکر می کنید با توجه به آن که تاکنون از ذرات ریز جامد در ابعاد میکرون استفاده کرده اید،

در آینده ابعاد نانو را هم در این کار وارد خواهید کرد؛

در این تحقیقات ذرات ریز جامد در ابعاد میکرون یعنی 2 تا 18 میکرون مورد بررسی قرار گرفته اند ؛ البته در مقیاس نانو، انرژی ریز ذرات بشدت و به صورت غیرقابل کنترلی افزایش می یابد، به صورتی که خاصیت انفجاری و تخریبی دارد و به عنوان سوخت و پیشرانه قابل استفاده نخواهد بود.