تطبيق المواد الأرضية النادرة في التكنولوجيا العسكرية الحديثة

تطبيقالمواد الأرضية النادرةفي التكنولوجيا العسكرية الحديثة

باعتبارها مادة وظيفية خاصة، يمكن للأتربة النادرة، المعروفة باسم "كنز" المواد الجديدة، أن تحسن بشكل كبير جودة وأداء المنتجات الأخرى، وتُعرف باسم "فيتامين" الصناعة الحديثة. لا يستخدم على نطاق واسع فقط في الصناعات التقليدية مثل المعادن وصناعة البتروكيماويات والسيراميك الزجاجي وغزل الصوف والجلود والزراعة، ولكنه يلعب أيضًا دورًا لا غنى عنه في مجالات المواد مثل التألق والمغناطيسية والليزر واتصالات الألياف الضوئية، طاقة تخزين الهيدروجين، والموصلية الفائقة، وما إلى ذلك، تؤثر بشكل مباشر على سرعة ومستوى تطور صناعات التكنولوجيا الفائقة الناشئة مثل الأجهزة البصرية، والإلكترونيات، والفضاء، والصناعة النووية، وما إلى ذلك. وقد تم تطبيق هذه التقنيات بنجاح في التكنولوجيا العسكرية، مما عزز بشكل كبير تطوير التكنولوجيا العسكرية الحديثة.

لقد اجتذب الدور الخاص الذي تلعبه المواد الأرضية النادرة الجديدة في التكنولوجيا العسكرية الحديثة اهتمام الحكومات والخبراء من مختلف البلدان على نطاق واسع، مثل إدراجها كعنصر أساسي في تطوير صناعات التكنولوجيا الفائقة والتكنولوجيا العسكرية من قبل الإدارات ذات الصلة في الصين. الولايات المتحدة واليابان ودول أخرى.

مقدمة موجزة عن العناصر الأرضية النادرة وعلاقتها بالدفاع العسكري والوطني

بالمعنى الدقيق للكلمة، كل شيءالعناصر الأرضية النادرةلها استخدامات عسكرية معينة، ولكن الدور الأكثر أهمية في الدفاع الوطني والمجالات العسكرية يجب أن يكون تطبيق نطاق الليزر، والتوجيه بالليزر، والاتصالات بالليزر وغيرها من المجالات.

 تطبيق الفولاذ الأرضي النادر والحديد الزهر العقدي في التكنولوجيا العسكرية الحديثة

 1.1 تطبيق الفولاذ الأرضي النادر في التكنولوجيا العسكرية الحديثة

وتشمل وظائفها التنقية، والتعديل، وصناعة السبائك، بما في ذلك إزالة الكبريت، وإزالة الأكسدة، وإزالة الغاز، والقضاء على تأثير الشوائب الضارة ذات نقطة الانصهار المنخفضة، وتكرير الحبوب والهيكل، والتأثير على نقطة انتقال الطور للصلب، وتحسين صلابته وخصائصه الميكانيكية. . قام العاملون في العلوم والتكنولوجيا العسكرية بتطوير العديد من المواد الأرضية النادرة المناسبة للاستخدام في الأسلحة من خلال الاستفادة من خاصية الأرض النادرة.

 1.1.1 الفولاذ المدرع

 في وقت مبكر من أوائل ستينيات القرن العشرين، بدأت صناعة الأسلحة الصينية الأبحاث حول استخدام العناصر الأرضية النادرة في الفولاذ المدرع وفولاذ الأسلحة، وأنتجت على التوالي الفولاذ المدرع الأرضي النادر مثل 601 و603 و623، إيذانًا بعصر جديد حيث المواد الخام الرئيسية في الصين كان إنتاج الدبابات يعتمد على المستوى المحلي.

 1.1.2 الصلب الكربوني الأرضي النادر

في منتصف الستينيات، أضافت الصين 0.05% من العناصر الأرضية النادرة إلى الفولاذ الكربوني الأصلي عالي الجودة لإنتاج الفولاذ الكربوني الأرضي النادر. زادت قيمة التأثير الجانبي لهذا الفولاذ الأرضي النادر بنسبة 70% إلى 100% مقارنة بالفولاذ الكربوني الأصلي، وزادت قيمة التأثير عند -40 درجة مئوية بمقدار الضعف تقريبًا. لقد أثبتت الخرطوشة ذات القطر الكبير المصنوعة من هذا الفولاذ من خلال اختبارات الرماية في ميدان الرماية أنها تلبي المتطلبات الفنية بالكامل. حاليًا، تم الانتهاء من وضع الصين في مرحلة الإنتاج، مما يحقق رغبة الصين الطويلة الأمد في استبدال النحاس بالفولاذ في مواد الخرطوشة.

 1.1.3 فولاذ المنغنيز الأرضي النادر والفولاذ المصبوب الترابي النادر

يتم استخدام فولاذ المنغنيز الأرضي النادر لتصنيع أحذية الجنزير للدبابات، ويتم استخدام الفولاذ المصبوب الأرضي النادر لتصنيع أجنحة الذيل وفرامل الكمامة والأجزاء الهيكلية للمدفعية من قذائف التخلص من الدروع عالية السرعة، والتي يمكن أن تقلل من إجراءات المعالجة. تحسين معدل الاستفادة من الفولاذ، وتحقيق المؤشرات التكتيكية والفنية.

في الماضي، كانت المواد المستخدمة في أجسام المقذوفات الأمامية في الصين مصنوعة من الحديد الزهر شبه الصلب مع الحديد الخام عالي الجودة المضاف إليه 30% إلى 40% من الفولاذ الخردة. نظرًا لقوتها المنخفضة، وهشاشتها العالية، وعددها المنخفض وغير الحاد من الشظايا الفعالة بعد الانفجار، وقوة القتل الضعيفة، فقد تم إعاقة تطوير جسم المقذوف بالغرفة الأمامية. منذ عام 1963، تم تصنيع عيارات مختلفة لقذائف الهاون باستخدام الحديد المطاوع الأرضي النادر، مما أدى إلى زيادة خواصها الميكانيكية بمقدار 1-2 مرات، ومضاعفة عدد الشظايا الفعالة، وزيادة حدة الشظايا، مما يعزز بشكل كبير قدرتها على القتل. إن العدد الفعال للشظايا ونصف قطر القتل المكثف لنوع معين من قذائف المدفع وقذائف المدفع الميداني المصنوعة من هذه المادة في الصين أفضل قليلاً من تلك الموجودة في القذائف الفولاذية.

تطبيق السبائك الأرضية النادرة غير الحديدية مثل المغنيسيوم والألومنيوم في التكنولوجيا العسكرية الحديثة

 الأرض النادرةله نشاط كيميائي عالي ونصف قطر ذري كبير. عند إضافته إلى المعادن غير الحديدية وسبائكها، فإنه يمكن صقل الحبوب، ومنع الفصل، والتفريغ، وإزالة الشوائب وتنقيتها، وتحسين البنية المعدنية، وذلك لتحقيق الغرض الشامل المتمثل في تحسين الخواص الميكانيكية والخصائص الفيزيائية وخصائص المعالجة. . قام عمال المواد في الداخل والخارج بتطوير سبائك مغنيسيوم أرضية نادرة جديدة، وسبائك الألومنيوم، وسبائك التيتانيوم، والسبائك الفائقة باستخدام خاصية الأرض النادرة. وقد تم استخدام هذه المنتجات على نطاق واسع في التقنيات العسكرية الحديثة مثل الطائرات المقاتلة والطائرات الهجومية والمروحيات والمركبات الجوية بدون طيار والأقمار الصناعية الصاروخية.

2.1 سبائك المغنيسيوم الأرضية النادرة

سبائك المغنيسيوم الأرضية النادرةتتمتع بقوة محددة عالية، ويمكن أن تقلل من وزن الطائرة، وتحسن الأداء التكتيكي، ولها آفاق تطبيق واسعة. تشتمل سبائك المغنيسيوم الأرضية النادرة التي طورتها شركة صناعة الطيران الصينية (المشار إليها فيما يلي باسم AVIC) على ما يقرب من 10 درجات من سبائك المغنيسيوم المصبوب وسبائك المغنيسيوم المشوهة، وقد تم استخدام الكثير منها في الإنتاج وتتميز بجودة مستقرة. على سبيل المثال، تم توسيع سبائك المغنيسيوم ZM 6 مع معدن النيوديميوم الأرضي النادر كمادة مضافة رئيسية لاستخدامها في الأجزاء المهمة مثل أغلفة التخفيض الخلفية لطائرات الهليكوبتر، وأضلاع أجنحة المقاتلات، وألواح ضغط الرصاص الدوارة لمولدات بقدرة 30 كيلووات. لقد حلت سبائك المغنيسيوم الأرضية النادرة عالية القوة BM 25 التي تم تطويرها بشكل مشترك من قبل شركة AVIC وشركة المعادن غير الحديدية محل بعض سبائك الألومنيوم متوسطة القوة وتم تطبيقها في الطائرات المصطدمة.

2.2 سبائك التيتانيوم الأرضية النادرة

في أوائل سبعينيات القرن العشرين، استبدل معهد بكين لمواد الطيران (يشار إليه باسم معهد مواد الطيران) بعض الألومنيوم والسيليكون بمعدن السيريوم الأرضي النادر (Ce) في سبائك التيتانيوم Ti-A1-Mo، مما حد من تساقط المراحل الهشة و تحسين مقاومة السبيكة للحرارة مع تحسين ثباتها الحراري أيضًا. وعلى هذا الأساس، تم تطوير سبيكة تيتانيوم ZT3 ذات درجة حرارة عالية مصبوبة عالية الأداء تحتوي على السيريوم. بالمقارنة مع السبائك الدولية المماثلة، فهي تتمتع بمزايا معينة من حيث قوة مقاومة الحرارة وأداء العملية. يتم استخدام غلاف الضاغط المُصنع به لمحرك W PI3 II، مع تخفيض الوزن بمقدار 39 كجم لكل طائرة وزيادة في نسبة الدفع إلى الوزن بنسبة 1.5%. بالإضافة إلى ذلك، حقق تقليل خطوات المعالجة بحوالي 30% فوائد فنية واقتصادية كبيرة، مما أدى إلى سد الفجوة في استخدام أغلفة التيتانيوم المصبوب لمحركات الطيران في الصين عند درجة حرارة 500 درجة مئوية. أظهرت الأبحاث أن هناك جزيئات صغيرة من أكسيد السيريوم في البنية المجهرية لسبائك ZT3 التي تحتوي على السيريوم. يجمع السيريوم جزءًا من الأكسجين الموجود في السبيكة ليشكل مادة مقاومة للحرارة وعالية الصلابةأكسيد الأرض النادرةالمواد: Ce2O3. تعيق هذه الجسيمات حركة الاضطرابات أثناء عملية تشوه السبيكة، مما يحسن أداء السبيكة عند درجة الحرارة العالية. يلتقط السيريوم جزءًا من شوائب الغاز (خاصة عند حدود الحبوب)، مما قد يقوي السبيكة مع الحفاظ على استقرار حراري جيد. هذه هي المحاولة الأولى لتطبيق نظرية تقوية النقطة المذابة الصعبة في سبائك التيتانيوم المصبوبة. بالإضافة إلى ذلك، قام معهد مواد الطيران بتطوير مستقر ورخيصأكسيد الإيتريوم (III).الرمل والمسحوق من خلال سنوات من البحث وتكنولوجيا معالجة التمعدن الخاصة في عملية الصب الدقيق لمحلول سبائك التيتانيوم. لقد وصل إلى مستوى أفضل من حيث الثقل النوعي والصلابة والثبات لسائل التيتانيوم، وأظهر مزايا أكبر في ضبط ومراقبة أداء ملاط ​​القشرة. الميزة البارزة في الاستخدامأكسيد الإيتريوم (III).قذيفة لتصنيع مسبوكات التيتانيوم هي أنه بشرط أن تكون جودة الصب ومستوى العملية مكافئة لعملية طلاء التنغستن، يمكن تصنيع سبائك التيتانيوم أرق من عملية طلاء التنغستن. في الوقت الحاضر، تم استخدام هذه العملية على نطاق واسع في تصنيع مختلف الطائرات والمحركات والمسبوكات المدنية.

2.3 سبائك الألومنيوم الأرضية النادرة

تتميز سبائك الألومنيوم المصبوب المقاومة للحرارة HZL206 التي طورتها AVIC بخصائص ميكانيكية متفوقة في درجات الحرارة العالية ودرجة حرارة الغرفة مقارنة بالسبائك الأجنبية التي تحتوي على النيكل، وقد وصلت إلى المستوى المتقدم للسبائك المماثلة في الخارج. يتم استخدامه الآن كصمام مقاوم للضغط لطائرات الهليكوبتر والطائرات المقاتلة مع درجة حرارة عمل تصل إلى 300 درجة مئوية، ليحل محل سبائك الفولاذ والتيتانيوم. تم تخفيض الوزن الهيكلي ووضعه في الإنتاج الضخم. تتجاوز قوة الشد لسبائك ZL117 شديدة الالتصاق المصنوعة من الألومنيوم والسيليكون الأرضي النادر عند درجة حرارة 200-300 درجة مئوية تلك الموجودة في سبائك المكبس في ألمانيا الغربية KS280 وKS282. مقاومة التآكل أعلى بـ 4-5 مرات من سبائك المكبس شائعة الاستخدام ZL108، مع معامل صغير للتمدد الخطي واستقرار جيد للأبعاد. وقد تم استخدامه في ملحقات الطيران KY-5، وضواغط الهواء KY-7، ومكابس محرك طراز الطيران. تؤدي إضافة العناصر الأرضية النادرة إلى سبائك الألومنيوم إلى تحسين البنية المجهرية والخواص الميكانيكية بشكل كبير. آلية عمل العناصر الأرضية النادرة في سبائك الألومنيوم هي: تكوين توزيع مشتت، حيث تلعب مركبات الألومنيوم الصغيرة دوراً هاماً في تقوية المرحلة الثانية؛ تلعب إضافة العناصر الأرضية النادرة دورًا في عملية التنفيس، مما يقلل من عدد المسام في السبيكة ويحسن أداء السبيكة؛ تعمل مركبات الألومنيوم الأرضية النادرة كنواة غير متجانسة لتنقية الحبوب والأطوار سهلة الانصهار، وهي أيضًا معدلة؛ تعمل العناصر الأرضية النادرة على تعزيز تكوين وصقل المراحل الغنية بالحديد، مما يقلل من آثارها الضارة. α— تتناقص كمية المحلول الصلب من الحديد في A1 مع زيادة إضافة الأتربة النادرة، وهو أمر مفيد أيضًا لتحسين القوة واللدونة.

تطبيق مواد الاحتراق الأرضية النادرة في التكنولوجيا العسكرية الحديثة

3.1 المعادن الأرضية النادرة

المعادن الأرضية النادرة النقية، بسبب خواصها الكيميائية النشطة، عرضة للتفاعل مع الأكسجين والكبريت والنيتروجين لتكوين مركبات مستقرة. عندما تتعرض للاحتكاك والتأثير الشديد، يمكن أن يؤدي الشرر إلى اشتعال المواد القابلة للاشتعال. ولذلك، في وقت مبكر من عام 1908، تم تحويله إلى الصوان. لقد وجد أنه من بين العناصر الأرضية النادرة البالغ عددها 17 عنصرًا، هناك ستة عناصر، بما في ذلك السيريوم واللانثانم والنيوديميوم والبراسيوديميوم والساماريوم والإيتريوم، تتمتع بأداء جيد بشكل خاص في الحرق. لقد صنع الناس أسلحة حارقة مختلفة بناءً على خصائص الحرق المتعمد للمعادن الأرضية النادرة. على سبيل المثال، يستخدم الصاروخ الأمريكي "مارك 82" الذي يبلغ وزنه 227 كجم بطانات معدنية أرضية نادرة، والتي لا تنتج تأثيرات قتل متفجرة فحسب، بل تنتج أيضًا تأثيرات حرق متعمد. تم تجهيز الرأس الحربي الصاروخي الأمريكي جو-أرض "رجل التخميد" بـ 108 قضبان مربعة من المعدن الأرضي النادر كبطانات، لتحل محل بعض الشظايا الجاهزة. أظهرت اختبارات الانفجار الثابت أن قدرتها على إشعال وقود الطائرات أعلى بنسبة 44٪ من قدرة الوقود غير المبطن.

3.2 معادن أرضية نادرة مختلطة

بسبب ارتفاع سعر النقيالمعادن الأرضية النادرةتُستخدم المعادن الأرضية النادرة المركبة منخفضة التكلفة على نطاق واسع في أسلحة الاحتراق في مختلف البلدان. يتم تحميل عامل احتراق المعادن الأرضية النادرة المركبة في الغلاف المعدني تحت ضغط عالٍ، مع كثافة عامل احتراق تبلغ (1.9 ~ 2.1) × 103 كجم / م 3، وسرعة الاحتراق 1.3-1.5 م / ث، وقطر اللهب حوالي 500 مم، ودرجة حرارة اللهب تصل إلى 1715-2000 درجة مئوية. بعد الاحتراق، يظل الجسم المتوهج ساخنًا لأكثر من 5 دقائق. خلال غزو فيتنام، استخدم الجيش الأمريكي قاذفات لإطلاق قنبلة متعمدة عيار 40 ملم، كانت مليئة ببطانة مشتعلة مصنوعة من معادن ترابية نادرة مختلطة. بعد انفجار القذيفة، يمكن لكل شظية ذات بطانة مشتعلة أن تشعل الهدف. وبلغ الإنتاج الشهري للقنبلة وقتها 200 ألف طلقة، والحد الأقصى 260 ألف طلقة.

3.3 سبائك الاحتراق الأرضية النادرة

يمكن لسبائك الاحتراق الأرضية النادرة التي يبلغ وزنها 100 جرام أن تشكل 200 إلى 3000 شعلة، وتغطي مساحة كبيرة، وهو ما يعادل نصف قطر القتل للذخيرة الخارقة للدروع والقذائف الخارقة للدروع. لذلك، أصبح تطوير الذخيرة متعددة الوظائف ذات قوة الاحتراق أحد الاتجاهات الرئيسية لتطوير الذخيرة في الداخل والخارج. بالنسبة للذخائر الخارقة للدروع والقذائف الخارقة للدروع، فإن أدائها التكتيكي يتطلب أنه بعد اختراق درع دبابة العدو، يمكنهم إشعال الوقود والذخيرة لتدمير الدبابة بالكامل. بالنسبة للقنابل اليدوية، فهي مطلوبة لإشعال الإمدادات العسكرية والمنشآت الإستراتيجية ضمن نطاق القتل الخاص بها. يُذكر أن الجهاز الحارق البلاستيكي المصنوع من المعدن الأرضي النادر المصنوع في الولايات المتحدة الأمريكية مصنوع من النايلون المقوى بالألياف الزجاجية مع خرطوشة مختلطة من السبائك الأرضية النادرة بالداخل، والتي لها تأثير أفضل ضد وقود الطائرات والأهداف المماثلة.

تطبيق المواد الأرضية النادرة في الحماية العسكرية والتكنولوجيا النووية

4.1 التطبيق في تكنولوجيا الحماية العسكرية

العناصر الأرضية النادرة لها خصائص مقاومة للإشعاع. قام المركز الوطني للمقطع العرضي للنيوترونات في الولايات المتحدة بتصنيع نوعين من الألواح بسمك 10 ملم باستخدام مواد البوليمر كمادة أساسية، مع أو بدون إضافة عناصر أرضية نادرة، لاختبارات الحماية من الإشعاع. أظهرت النتائج أن تأثير التدريع النيوتروني الحراري لمواد البوليمر الأرضية النادرة أفضل بـ 5-6 مرات من تأثير مواد البوليمر الخالية من الأتربة النادرة. من بينها، المواد الأرضية النادرة التي تحتوي على Sm وEu وGd وDy وعناصر أخرى لها أكبر مقطع عرضي لامتصاص النيوترونات وتأثير جيد في التقاط النيوترونات. في الوقت الحاضر، تشمل التطبيقات الرئيسية لمواد الحماية من الإشعاع الأرضي النادر في التكنولوجيا العسكرية الجوانب التالية.

4.1.1 التدريع من الإشعاع النووي

وتستخدم الولايات المتحدة 1% بورون و5% عناصر أرضية نادرةالجادولينيوم, سماريومواللانثانمصناعة خرسانة مقاومة للإشعاع بسمك 600 ملم لحماية مصدر النيوترونات الانشطارية في مفاعل حوض السباحة. طورت فرنسا مادة حماية من الإشعاع الأرضي النادر عن طريق إضافة البوريد أو مركب أتربة نادرة أو سبيكة أتربة نادرة إلى الجرافيت كمادة أساسية. يجب أن يتم توزيع حشو مادة التدريع المركبة هذه بالتساوي وتصنيعها في أجزاء مسبقة الصنع، والتي يتم وضعها حول قناة المفاعل وفقًا للمتطلبات المختلفة لمنطقة التدريع.

4.1.2 التدريع من الإشعاع الحراري للخزان

وتتكون من أربع طبقات من القشرة يبلغ سمكها الإجمالي 5-20 سم. الطبقة الأولى مصنوعة من البلاستيك المقوى بالألياف الزجاجية، مع إضافة مسحوق غير عضوي مع 2% من المركبات الأرضية النادرة كمواد مالئة لمنع النيوترونات السريعة وامتصاص النيوترونات البطيئة؛ تضيف الطبقتان الثانية والثالثة جرافيت البورون والبوليسترين والعناصر الأرضية النادرة التي تمثل 10٪ من إجمالي الحشو في الطبقة الأولى لمنع نيوترونات الطاقة المتوسطة وامتصاص النيوترونات الحرارية؛ أما الطبقة الرابعة فتستخدم الجرافيت بدلا من الألياف الزجاجية، وتضاف إليها 25% من المركبات الأرضية النادرة لامتصاص النيوترونات الحرارية.

4.1.3 أخرى

يمكن أن يكون لتطبيق طبقات مقاومة للإشعاعات الأرضية النادرة على الدبابات والسفن والملاجئ وغيرها من المعدات العسكرية تأثير مقاوم للإشعاع.

4.2 التطبيق في التكنولوجيا النووية

يمكن استخدام أكسيد الإيتريوم (III) الأرضي النادر كممتص قابل للاحتراق لوقود اليورانيوم في مفاعل الماء المغلي (BWR). من بين جميع العناصر، يتمتع الجادولينيوم بأقوى قدرة على امتصاص النيوترونات، حيث يبلغ ما يقرب من 4600 هدفًا لكل ذرة. تمتص كل ذرة الجادولينيوم الطبيعية ما متوسطه 4 نيوترونات قبل الفشل. عند مزجه مع اليورانيوم القابل للانشطار، يمكن أن يعزز الجادولينيوم الاحتراق، ويقلل من استهلاك اليورانيوم، ويزيد من إنتاج الطاقة. على عكس كربيد البورون،أكسيد الجادولينيوم (III).لا ينتج الديوتيريوم، وهو منتج ثانوي ضار. يمكن أن يتطابق مع كل من وقود اليورانيوم ومواد الطلاء الخاصة به في التفاعل النووي. ميزة استخدام الجادولينيوم بدلاً من البورون هي أنه يمكن خلط الجادولينيوم مباشرة مع اليورانيوم لمنع تمدد قضبان الوقود النووي. وتشير الإحصائيات إلى أن هناك 149 مفاعلاً نووياً من المقرر بناؤها حول العالم، 115 منها عبارة عن مفاعلات تعمل بالماء المضغوط باستخدام الماء المضغوط.الارض النادرةh أكسيد الجادولينيوم (III).سماريوم الأرض النادرة,اليوروبيوموقد تم استخدام الديسبروسيوم كممتصات للنيوترونات في مفاعلات توليد النيوترونات. الأرض النادرةالإيتريوميحتوي على مقطع عرضي صغير للنيوترونات ويمكن استخدامه كمادة أنابيب لمفاعلات الملح المنصهر. يمكن استخدام الرقاقة الرقيقة المضافة مع الجادولينيوم الأرضي النادر والديسبروسيوم ككاشف لمجال النيوترونات في هندسة الطيران والصناعة النووية، ويمكن استخدام كمية صغيرة من الثوليوم الأرضي النادر والإربيوم كمادة مستهدفة لمولد النيوترونات ذو الأنبوب المختوم، والأتربة النادرة. يمكن استخدام سيرميت حديد أكسيد اليوروبيوم لصنع لوحة دعم محسنة للتحكم في المفاعل. يمكن أيضًا استخدام الجادولينيوم الأرضي النادر كمادة مضافة للطلاء لمنع إشعاع القنبلة النيوترونية، كما يمكن للمركبات المدرعة المطلية بطبقة خاصة تحتوي على أكسيد الجادولينيوم أن تمنع الإشعاع النيوتروني. ويستخدم الإيتربيوم الأرضي النادر في معدات قياس الضغط الأرضي الناجم عن الانفجارات النووية تحت الأرض. عندما يتعرض الإيتربيوم الأرضي النادر للقوة، تزداد المقاومة، ويمكن استخدام التغير في المقاومة لحساب الضغط المطبق. يمكن استخدام ربط رقائق الجادولينيوم الأرضية النادرة المترسب والمشذر مع عنصر حساس للإجهاد لقياس الإجهاد النووي العالي.

تطبيق 5 مواد مغناطيسية أرضية نادرة في التكنولوجيا العسكرية الحديثة

تعد مادة المغناطيس الدائم الأرضية النادرة، والمعروفة باسم الجيل الجديد من الملك المغناطيسي، حاليًا أعلى مادة مغناطيس دائم أداءً شاملاً معروفة. يتمتع بخصائص مغناطيسية أعلى بأكثر من 100 مرة من الفولاذ المغناطيسي المستخدم في المعدات العسكرية في السبعينيات. في الوقت الحاضر، أصبح مادة هامة في تكنولوجيا الاتصالات الإلكترونية الحديثة. يتم استخدامه في أنبوب الموجات المتنقلة والدورات الدموية في الأقمار الصناعية الأرضية والرادارات وجوانب أخرى. ولذلك، فإن لها أهمية عسكرية مهمة.

يتم استخدام مغناطيس SmCo ومغناطيس NdFeB لتركيز شعاع الإلكترون في نظام توجيه الصواريخ. المغناطيس هو أجهزة التركيز الرئيسية لشعاع الإلكترون، والتي تنقل البيانات إلى سطح التحكم في الصاروخ. يوجد ما يقرب من 5-10 أرطال (2.27-4.54 كجم) من المغناطيس في كل جهاز توجيه تركيز للصاروخ. بالإضافة إلى ذلك، يتم أيضًا استخدام المغناطيسات الأرضية النادرة لتشغيل المحركات وتدوير دفة الصواريخ الموجهة. مميزاتها هي مغناطيسية أقوى ووزن أخف من مغناطيس Al Ni Co الأصلي.

تطبيق مواد الليزر الأرضية النادرة في التكنولوجيا العسكرية الحديثة

الليزر هو نوع جديد من مصادر الضوء الذي يتمتع بأحادية اللون واتجاهية وتماسك جيدة، ويمكن أن يحقق سطوعًا عاليًا. وُلدت مواد الليزر والليزر الأرضي النادر في وقت واحد. حتى الآن، ما يقرب من 90٪ من مواد الليزر تحتوي على أتربة نادرة. على سبيل المثال، كريستال عقيق الألومنيوم الإيتريوم هو ليزر يستخدم على نطاق واسع ويمكنه الحصول على خرج طاقة عالي مستمر في درجة حرارة الغرفة. يتضمن تطبيق ليزر الحالة الصلبة في الجيش الحديث الجوانب التالية.

6.1 نطاق الليزر

يمكن لعقيق ألومنيوم الإيتريوم المشوب بالنيوديميوم الذي تم تطويره في الولايات المتحدة وبريطانيا وفرنسا وألمانيا ودول أخرى قياس مسافة تتراوح من 4000 إلى 20000 متر بدقة 5 أمتار. أنظمة الأسلحة مثل MI الأمريكية، Leopard II الألمانية، Lecler الفرنسية، Type 90 اليابانية، Mekava الإسرائيلية، وأحدث دبابة بريطانية Challenger 2 جميعها تستخدم هذا النوع من محدد المدى بالليزر. في الوقت الحاضر، تقوم بعض البلدان بتطوير جيل جديد من أجهزة تحديد المدى بالليزر ذات الحالة الصلبة لسلامة العين البشرية، مع أطوال موجية تشغيلية تتراوح من 1.5 إلى 2.1 ميكرومتر. جهاز تحديد المدى الليزري المحمول الذي طورته الولايات المتحدة والمملكة المتحدة باستخدام مادة الهولميوم المخدرة يحتوي ليزر فلوريد الليثيوم الإيتريوم على نطاق عمل يبلغ 2.06 ميكرومتر، ويصل إلى 3000 متر. استخدمت الولايات المتحدة وشركة الليزر الدولية أيضًا بشكل مشترك ليزر فلوريد الليثيوم الإيتريوم المخدر بالإربيوم وطورا طولًا موجيًا يبلغ 1.73 ميكرومتر وجهاز تحديد المدى بالليزر وقوات مجهزة بمعدات ثقيلة. يبلغ الطول الموجي بالليزر لأجهزة تحديد المدى العسكرية الصينية 1.06 ميكرومتر، ويتراوح من 200 إلى 7000 متر. ومن خلال إطلاق صواريخ طويلة المدى وقذائف وأقمار صناعية للاتصالات الاختبارية، حصلت الصين على بيانات مهمة في قياس المدى من خلال جهاز Laser TV Theodolite.

6.2 توجيه الليزر

تستخدم القنابل الموجهة بالليزر أشعة الليزر للتوجيه النهائي. يتم تشعيع الهدف باستخدام ليزر Nd · YAG الذي يصدر عشرات النبضات في الثانية. يتم تشفير النبضات، ويمكن للنبضات الضوئية توجيه الرد الصاروخي، وبالتالي منع التداخل من إطلاق الصاروخ والعقبات التي يضعها العدو. على سبيل المثال، يطلق على القنبلة العسكرية الأمريكية GBV-15 Glide اسم "القنبلة الذكية". وبالمثل، يمكن استخدامه أيضًا لتصنيع القذائف الموجهة بالليزر.

6.3 الاتصال بالليزر

بالإضافة إلى إمكانية استخدام Nd · YAG للاتصالات بالليزر، فإن مخرجات الليزر من بلورات فوسفات الليثيوم رباعي النيوديميوم (III) (LNP) تكون مستقطبة وسهلة التعديل. تعتبر واحدة من مواد الليزر الدقيقة الواعدة، ومناسبة لمصدر الضوء لاتصالات الألياف الضوئية، ومن المتوقع أن يتم تطبيقها في البصريات المتكاملة والاتصالات الفضائية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام بلورة واحدة من عقيق الإيتريوم الحديدي (Y3Fe5O12) كأجهزة موجة سطحية مغناطيسية مختلفة من خلال عملية تكامل الموجات الدقيقة، مما يجعل الأجهزة متكاملة ومصغرة، ولها تطبيقات خاصة في التحكم عن بعد بالرادار والقياس عن بعد والملاحة والتدابير المضادة الإلكترونية.

تطبيق 7 مواد أرضية نادرة فائقة التوصيل في التكنولوجيا العسكرية الحديثة

عندما تكون درجة حرارة المادة أقل من درجة حرارة معينة، تحدث ظاهرة أن المقاومة صفر، أي الموصلية الفائقة. درجة الحرارة هي درجة الحرارة الحرجة (Tc). الموصلات الفائقة هي مضادات المغناطيس. عندما تكون درجة الحرارة أقل من درجة الحرارة الحرجة، تقوم الموصلات الفائقة بصد أي مجال مغناطيسي يحاول التأثير عليها. وهذا ما يسمى بتأثير مايسنر. يمكن أن تؤدي إضافة العناصر الأرضية النادرة إلى المواد فائقة التوصيل إلى زيادة درجة الحرارة الحرجة Tc بشكل كبير. وقد ساهم هذا بشكل كبير في تطوير وتطبيق المواد فائقة التوصيل. في الثمانينيات، أضافت الولايات المتحدة واليابان ودول متقدمة أخرى على التوالي كمية معينة من اللانثانم والإيتريوم واليوربيوم والإربيوم وغيرها من أكاسيد الأتربة النادرة إلى مركبات أكسيد الباريوم وأكسيد النحاس (II)، والتي تم خلطها وضغطها وتلبيدها إلى تشكل مواد سيراميكية فائقة التوصيل، مما يجعل التطبيق الواسع النطاق لتكنولوجيا الموصلية الفائقة، خاصة في التطبيقات العسكرية، أكثر شمولاً.

7.1 الدوائر المتكاملة فائقة التوصيل

في السنوات الأخيرة، أجرت الدول الأجنبية أبحاثًا حول تطبيق تكنولوجيا الموصلية الفائقة في أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية، وطورت دوائر متكاملة فائقة التوصيل باستخدام مواد سيراميكية فائقة التوصيل. إذا تم استخدام هذه الدائرة المتكاملة لتصنيع أجهزة كمبيوتر فائقة التوصيل، فهي ليست فقط صغيرة الحجم وخفيفة الوزن وسهلة الاستخدام، ولكنها تتمتع أيضًا بسرعة حوسبة أسرع بـ 10 إلى 100 مرة من أجهزة الكمبيوتر شبه الموصلة