ปิด Btn

เลือกไซต์ภูมิภาคของคุณ

ปิดหน้านี้

จุดเริ่มต้นของความไม่มีที่สิ้นสุด : เรื่องราวเบื้องหลังระบบ NMR เชิงพาณิชย์ระบบแรกของโลกที่ไม่ต้องใช้ฮีเลียมในการเติมใหม่

ในเดือนเมษายน พ.ศ. 2013 บริษัท JEOL RESONANCE Ltd. (ได้ควบรวมกิจการกับ JEOL Ltd. ในปี พ.ศ. 2022) ประสบความสำเร็จในการเปิดตัวระบบ NMR ตัวแรกของโลกที่มีแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดที่ไม่มีการเดือดเป็นศูนย์ ที่นี่ เราจะติดตามการกำเนิดของระบบอันทรงอิทธิพลนี้ซึ่งสามารถเอาชนะปัญหาการจัดหาฮีเลียมที่ไม่น่าเชื่อถือและมีราคาแพงขึ้นเรื่อยๆ

เสียงรบกวนอย่างต่อเนื่อง

ฮิโรโตะ ซึเอมัตสึ

ฮิโรโตะ ซึเอมัตสึ

อารมณ์ในที่ประชุมก็มืดมน
โครงการพัฒนาระบบ NMR ที่ไม่ต้องเติมฮีเลียมได้เริ่มต้นขึ้นในปี 2011 ผ่านไป 2 ปีแล้วและยังคงมีสัญญาณรบกวน ทุกวิธีที่พวกเขาคิดได้นั้นถูกทดลองมาแล้ว แต่ยังไม่พบที่มาของเสียง นับประสาวิธีแก้ปัญหาที่มีประสิทธิภาพ
“สิ่งเดียวที่ฉันคิดได้ก็คือ....”
ความคิดนั้นค่อนข้างไกล
"นั่นคงไม่เกี่ยวอะไรกับมันหรอก"
"อาจจะใช่ แต่ตอนนี้เราก็ลองดูก็ได้"
หัวหน้าทีมพัฒนา ผู้จัดการทั่วไปแผนกวิศวกรรม Hiroto Suematsu ถอนหายใจและส่ายหัวขณะฟังการสนทนา การประชุมใหญ่ซึ่งมีแผนจะประกาศผลิตภัณฑ์ที่เสร็จสมบูรณ์อยู่ห่างออกไปเพียงไม่กี่เดือน เขาเกือบจะเชื่อว่าการประกาศจะต้องเลื่อนออกไป

“วิกฤตฮีเลียม”

สนามแม่เหล็กแรงสูงที่จำเป็นในการสร้างเงื่อนไขสำหรับ NMR นั้นถูกสร้างขึ้นโดยแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด แม่เหล็กเป็นโซลินอยด์ไฟฟ้าของโลหะพิเศษหรือโลหะผสม และถูกเก็บไว้ที่อุณหภูมิต่ำมาก ใกล้กับศูนย์สัมบูรณ์เพื่อสร้างสนามแม่เหล็ก สารทำความเย็นชนิดเดียวที่สามารถใช้เพื่อรักษาสถานะการแช่แข็งนี้คือฮีเลียมเหลว
อย่างไรก็ตาม การจัดหาฮีเลียมไม่ใช่เรื่องง่าย เนื่องจากสามารถผลิตได้จากก๊าซธรรมชาติเป็นผลิตภัณฑ์พลอยได้ เนื่องจากไม่สามารถผลิตได้ภายในประเทศ ญี่ปุ่นจึงต้องพึ่งพาการนำเข้า โดย 95% ของอุปทานมาจากสหรัฐอเมริกา นอกจากนี้ อุปทานส่วนใหญ่มาจาก BLM (สำนักงานจัดการที่ดินของสหรัฐอเมริกา) และแหล่งน้ำมันของบริษัทเอ็กซอนโมบิล ซึ่งเป็นหนึ่งในบริษัทปิโตรเลียมที่ใหญ่ที่สุดในโลก สถานการณ์ที่ไม่เอื้ออำนวยที่ BLM หรือ ExxonMobil อาจส่งผลให้อุปทานไม่มั่นคงทันที
ในความเป็นจริง ในช่วงฤดูร้อนของปี 2012 ญี่ปุ่นต้องเผชิญกับ "วิกฤตการณ์ฮีเลียม" เมื่อโรงงาน Exxon เริ่มซ่อมบำรุงตามกำหนดซึ่งกินเวลานานหลายเดือน แต่หลังจากนั้นโรงงาน BLM ก็ประสบปัญหา ส่งผลให้ระบบการจัดหาเสื่อมลงอย่างกะทันหัน ส่งผลให้ฮีเลียมหายไปจากคลังของซัพพลายเออร์ก๊าซ
บอลลูนที่เติมฮีเลียมไม่เพียงหายไปจากสวนสนุกเท่านั้น แต่ยังต้องเปลี่ยนแผนในโรงงานผลิตหลายแห่งที่ฮีเลียมจำเป็นสำหรับกระบวนการต่างๆ เช่น การทำความสะอาดเซมิคอนดักเตอร์และการผลิตเส้นใยนำแสง สถาบันวิจัยหลายแห่งถูกบังคับให้หยุดปฏิบัติการ NMR ทีละคน

เริ่มการพัฒนา

เริ่มการพัฒนา

“คุณสร้างระบบ NMR ที่ไม่ต้องเติมฮีเลียมไม่ได้หรือไง” เสียงตะโกนดังลั่น แต่ถึงจะไม่มีปัญหาเรื่องการจัดหา การเติมฮีเลียมเหลวในระบบ NMR ไม่เพียงแต่ต้องหยุดเครื่องมือเป็นเวลาบางส่วนของวันเท่านั้น ซึ่งจะรบกวนการวิจัย แต่ยังเป็นขั้นตอนที่อาจเป็นอันตรายได้ ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดอาการบาดแผลจากความหนาวเย็นหรือบาดเจ็บอื่นๆ

เครื่องมือ NMR ที่ไม่ต้องการการเติมฮีเลียมมีศักยภาพที่จะขจัดความไม่สะดวกดังกล่าวโดยสิ้นเชิง
ในทางทฤษฎีนี้ไม่ยาก เนื่องจากฮีเลียมเหลวในถังของแม่เหล็ก NMR ระเหย จึงทำให้เกิดก๊าซฮีเลียม หากก๊าซฮีเลียมนี้ถูกส่งกลับไปยังถังเป็นฮีเลียมเหลวแทนที่จะปล่อยก๊าซออกมา ก็ไม่จำเป็นต้องเติมฮีเลียมที่จ่ายให้กับแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด ผลกระทบสุทธิจึงเป็นศูนย์เดือดปิด มีระบบ MRI สำหรับการใช้งานตรวจสอบที่รวมแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดชนิดเดียวกันกับหน่วยทำความเย็นที่รวมอยู่ด้วย อย่างไรก็ตาม สำหรับการวัด NMR ที่แม่นยำยิ่งขึ้น การสั่นสะเทือนในนาทีที่เกิดจากหน่วยทำความเย็นเป็นปัญหา ดังนั้นจึงยังไม่ตระหนักถึงระบบ NMR ที่ไม่มีจุดเดือดที่ใช้งานได้จริง อย่างไรก็ตาม ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีหน่วยทำความเย็นที่ดีขึ้นและดีขึ้น ซึ่งเพิ่มความเป็นไปได้
JEOL RESONANCE Ltd. (ได้ควบรวมกิจการกับ JEOL Ltd. ในปี 2022) ตัดสินใจแก้ไขปัญหาดังกล่าวในเดือนมกราคม 2011 ในเดือนเมษายนของปีเดียวกันนั้น ได้รับเงินทุนจาก Innovation Network Corporation ของประเทศญี่ปุ่น โดยได้จัดสรรงบประมาณสำหรับค่าใช้จ่ายในการพัฒนา และเริ่มดำเนินการพัฒนา

การสั่นสะเทือนที่มองไม่เห็น

โครงการดำเนินไปอย่างราบรื่น และอีกหนึ่งปีต่อมา ในเดือนมกราคม 2012 ระบบต้นแบบก็เสร็จสมบูรณ์ เมื่อเปิดสวิตช์ หัวหน้าทีม Suematsu แทบไม่อยากเชื่อข้อมูลที่เขาเห็นแสดงบนจอภาพ

การเปรียบเทียบการสร้างเสียงรบกวนไซด์แบนด์

การเปรียบเทียบการสร้างเสียงรบกวนไซด์แบนด์

“มีการสั่นสะเทือนของสัญญาณในปริมาณที่มากเกินคาด ในช่วงหลายปีที่ทำงานเป็นวิศวกร ฉันไม่เคยเห็นสัญญาณรบกวนในปริมาณมากขนาดนี้มาก่อน ฉันคิดว่าน่าจะเป็นเพียงความผิดพลาดเล็กน้อยของระบบไฟฟ้า เช่น มีการใช้แรงดันไฟฟ้าไม่ถูกต้อง หรือข้อผิดพลาดในลักษณะนั้น”

ทุกอย่างได้รับการตรวจสอบ ปรับ และทดสอบใหม่ทันที แต่ผลลัพธ์ก็เหมือนเดิม สมาชิกในทีมทุกคนต่างระดมสมอง

เห็นได้ชัดว่าปัญหาคือการสั่นสะเทือนเล็กน้อยที่เกิดจากหน่วยทำความเย็น การสั่นสะเทือนเล็กน้อยที่เกิดจากการทำงานของหน่วยทำความเย็นถูกส่งไปยังถังฮีเลียมเหลว ทำให้เกิดระลอกคลื่นซึ่งตรวจพบว่าเป็นเสียง ที่เข้าใจกันมาก ดังนั้น Suematsu และทีมของเขาจึงรวมทุกมาตรการที่เป็นไปได้เพื่อระงับการสั่นสะเทือนของหน่วยทำความเย็น นอกจากการใช้ยูนิตที่มีการสั่นสะเทือนน้อยมากแล้ว แดมเปอร์ยังถูกติดตั้งในตัวเชื่อมต่อเพื่อดูดซับแม้แต่การสั่นเพียงเล็กน้อย ควรระงับการสั่นสะเทือนให้อยู่ในระดับที่ยอมรับได้
แต่มันก็ยังคงอยู่
นอกจากผู้ผลิตแม่เหล็กที่มีตัวนำยิ่งยวดแล้ว JASTEC (บริษัท Japan Superconducting Technology Inc. ซึ่งเป็นพันธมิตรทางธุรกิจมาหลายปี) ยังได้รับคำปรึกษาจากผู้เชี่ยวชาญเรื่องการสั่นสะเทือนทางกล และการออกแบบได้รับการปรับปรุงครั้งใหญ่ 5 ครั้งในปีถัดมา ทำการทดสอบ รวมทั้งการปรับอย่างละเอียด หลายครั้ง หลายครั้ง
แม้จะพยายามแล้ว แต่เสียงรบกวนก็ยังไม่สามารถขจัดออกไปได้ เกือบจะสิ้นหวังแล้ว ข้อเสนอแนะในที่ประชุมนับไม่ถ้วนครั้งหนึ่งเป็นสิ่งที่ไม่มีใครคิดถึงเลย นั่นคือ "การสั่นสะเทือนที่มองไม่เห็น"

การปฏิวัติเพิ่งเริ่มต้น

การปฏิวัติเพิ่งเริ่มต้น

“มีการสั่นสะเทือนที่ดูเหมือนจะเกิดขึ้นเสมออันเป็นผลจากการกำหนดค่าระบบ แต่เป็นเพียงสิ่งเล็กน้อยมาก เราไม่เคยคิดว่าสิ่งเล็กๆ น้อยๆ เช่นนี้จะมีผลกระทบได้ขนาดนี้”

โดยแทบไม่คาดหวังความสำเร็จ การออกแบบจึงเปลี่ยนไปเป็นครั้งที่ 6
แต่มันก็ได้ผล - เสียงรบกวนถูกระงับได้อย่างสวยงาม
สิ่งต่าง ๆ ดำเนินไปอย่างรวดเร็วจากจุดนั้น

มีการเพิ่มเจ้าหน้าที่เพิ่มเติมในโครงการเพื่อดำเนินการประเมินและสร้างแอปพลิเคชัน การพัฒนาผลิตภัณฑ์ดำเนินไปอย่างรวดเร็ว ในเดือนเมษายน 2013 ระบบ ZB400 NMR ที่ไม่ต้องการการเติมฮีเลียมได้รับการประกาศในการประชุม NMR ที่ใหญ่ที่สุดในสหรัฐอเมริกา
ศูนย์วิจัยทั่วโลกประสบปัญหาการขาดแคลนฮีเลียม ในขณะที่ยังคงปรบมือให้ความสำเร็จของ ZB400 ตลาดเริ่มวางคำสั่งซื้อโดยเร็วที่สุดในเดือนพฤษภาคม สิ่งต่าง ๆ เริ่มต้นได้ดี

น่าเสียดายที่ปัญหาการขาดแคลนฮีเลียมไม่ใช่สถานการณ์ชั่วคราว แต่มีแนวโน้มว่าจะกลายเป็นปัญหาเรื้อรังในอนาคต เมื่อไม่นานนี้ เทคโนโลยีการสกัดก๊าซจากหินดินดาน (โดยไม่ใช้ฮีเลียม) ได้ถูกพัฒนาขึ้น ทำให้การใช้โรงงานก๊าซธรรมชาติลดลง ฮีเลียมที่ได้จากโรงงานก๊าซธรรมชาติมีสัดส่วนเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ดังนั้นจึงไม่น่าเป็นไปได้ที่โรงงานก๊าซธรรมชาติจะดำเนินการเพื่อสกัดฮีเลียมเพียงอย่างเดียว ซึ่งทำให้มีเหตุผลมากขึ้นที่จะต้องกังวลเกี่ยวกับอุปทานฮีเลียมในอนาคต นอกจากกำลังการผลิตที่ลดลงแล้ว ความต้องการฮีเลียมยังเพิ่มขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อจีนและเกาหลีเร่งการผลิตเซมิคอนดักเตอร์มากขึ้น ซึ่งทำให้แรงกดดันต่ออุปทานฮีเลียมในอนาคตเพิ่มมากขึ้น
ในสถานการณ์เหล่านี้ การเปิดตัว ZB400 จะมีความสำคัญยิ่งขึ้นไปอีก
หัวหน้าทีม Suematsu ยังคงไม่ยิ้มอย่างไรก็ตาม
“มีการค้นพบวิธีแก้ปัญหาโดยบังเอิญหลังจากรวบรวมหลักฐานทางสถานการณ์มากมาย ซึ่งยังคงไม่มีการพิสูจน์ในเชิงทฤษฎี เพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ที่ดีขึ้น เราต้องตรวจสอบกลไกและผลลัพธ์อย่างต่อเนื่อง”
การปฏิวัติเพิ่งเริ่มต้นขึ้น

ติดต่อ

เจอีโอแอล ให้บริการสนับสนุนที่หลากหลายเพื่อให้แน่ใจว่าลูกค้าของเราสามารถใช้ผลิตภัณฑ์ของเราได้อย่างสบายใจ
โปรดติดต่อเรา