• Vontatási inverter tervezése SiC félvezetőkkel

Aklan Larion

Budapesti Fazekas Mihály Gyakorló Általános Iskola és Gimnázium

Konzulensek:
Schnider Dorottya
Tóth Kristóf

KVANTUM MÁGNESESSÉG - ZEEMAN-EFFEKTUSON ALAPULÓ MÉRÉSTECHNIKA MODELLJE

A csillagászati objektumok belső szerkezetéről és összetételéről pusztán a kibocsájtott elektromágneses sugárzásuk révén nyerhetünk információt. Ennek a sugárzásnak az elemzése főként az analitikai kémiából ismert spektroszkópiával történik. Ezzel a módszerrel összetételükre tudunk következtetni. Azonban többet is meg tudunk határozni a távoli objektumok tulajdonságaiból, például a mágneses mezejüket. Pieter Zeeman, holland fizikus 1896-ban kimérte, hogy mágneses mezőben a nátrium színképei „felhasadnak”, azaz több vonalat figyelt meg a színképben a várt egynél. Ha például egy csillag spektrumát vizsgálva több felhasadt vonal jelenik meg, akkor ezeket megmérve kiszámíthatjuk a kibocsájtás helyén mérhető mágneses indukció nagyságát. Ezt a jelenséget felhasználva vagyunk képesek 1908 óta meghatározni olyan távoli objektumok mágneses mezejét, mint a Napunk, sőt azóta több fényévre található csillagokét és csillagközi anyagét is. Ennek a precíz, matematikai modelljéhez persze a XX. század első feléig várni kellett, hiszen ez az univerzumunk legapróbb részecskéit, az atomok belső szerkezetét leíró kvantummechanika fundamentumain nyugszik. Larion kutatásának témája is ezekhez a felfedezésekhez kapcsolódik: egy alternatív módot vizsgált meg az atomok spektrumának vizsgálatára. A jelenség, amit megvizsgált a lángfestésen alapul és egy nátriummal festett láng van a középpontban. Amikor megvilágítja egy nátriumlámpával, egy árnyék képződik mögötte a falon, amely mágneses mező hatására elhalványul. Ez azért történik, mert azok a fotonok, amelyek a lámpából érkezve elnyelődnének a lángban, a felhasadó energiaszinteken kisebb valószínűséggel nyelődnek el. Így tehát több foton éri el a falat és így a fényintenzitás megnő. Ezt a fényintenzitást mérte egy Arduino vezérelt mérési berendezéssel és Pythonnal. A pályázó a mért adatok alapján következtetni tud a mágneses mező nagyságára és annak ismeretében az anyag tulajdonságaira. Három irányban vizsgálta meg a kutatás felhasználási lehetőségeit. Az egyik az a mérés szemléltető funkcióján alapszik: a mérési elrendezés azt modellezheti, miként mérik a csillagászok a távoli objektumok mágneses mezejét. Második alkalmazási mód abból adódik, hogy a fényintenzitás-mágneses mező függvény karakterisztikus, ezért lángfestő anyagokból ez alapján is lehet következtetni az elem mibenlétére, így spektroszkópiai eljárásként is hasznosítható. A harmadik pedig egy, az akadémián kívül álló felhasználási módja az oktatásban van. A középiskolákban bizonyítottan segítik a tananyag elmélyítését a kísérleti demonstrációk, azonban csillagászat és atomfizika területén igen nehéz ilyet elvégezni, így ez a mérés erre nyújthat megoldást. Larion a jelenségre prezentált egy matematikai modellt, amely a mért adatokhoz közeli egyezést mutat. Ezt a kvantummechanika fundamentumain alapuló számításokkal és egy elméleti szimulációval tette meg. A mérések elvégzéséhez egy megfelelő apparátust mutatott, amellyel képesek vagyunk intenzitásértékeket a szabadon változtatható mágneses indukció értékeinek függvényében mérni. Végső soron pedig bemutatta a három fő területet, ahol kutatásai eredménye szignifikáns hatással bír. Legyen szó asztrofizikai modellezésről, innovatív spektroszkópiáról, vagy oktatási segédanyagról, úgy véli kutatása megállja a helyét.