יישום של חומרי אדמה נדירים בטכנולוגיה צבאית מודרנית

יישום שלחומר נדיר לאדמהבטכנולוגיה צבאית מודרנית

כחומר פונקציונלי מיוחד, אדמה נדירה, המכונה "בית האוצר" של חומרים חדשים, יכולה לשפר מאוד את האיכות והביצועים של מוצרים אחרים, והיא ידועה כ"ויטמין" של התעשייה המודרנית. זה לא רק בשימוש נרחב בתעשיות מסורתיות כמו מתכות, תעשייה פטרוכימית, קרמיקה זכוכית, ספינינג צמר, עור וחקלאות, אלא גם ממלא תפקיד הכרחי בתחומי החומרים כגון הקרינה, מגנטיות, לייזר, תקשורת סיבים אופטיים, אנרגיית אגירת מימן, מוליכות-על וכו', זה משפיע ישירות על המהירות ורמת הפיתוח של תעשיות היי-טק מתפתחות כמו מכשיר אופטי, אלקטרוניקה, תעופה וחלל, תעשייה גרעינית וכו'. טכנולוגיות אלו יושמו בהצלחה בטכנולוגיה צבאית, מה שמקדם מאוד את פיתוח הטכנולוגיה הצבאית המודרנית.

התפקיד המיוחד שמילאו חומרים חדשים של אדמה נדירה בטכנולוגיה צבאית מודרנית משך תשומת לב נרחבת של ממשלות ומומחים ממדינות שונות, כגון היותם מרכיב מרכזי בפיתוח תעשיות היי-טק וטכנולוגיה צבאית על ידי המחלקות הרלוונטיות במדינה. ארצות הברית, יפן ומדינות אחרות.

מבוא קצר לכדורי אדמה נדירים והקשר שלהם עם הגנה צבאית ולאומית

למהדרין, הכליסודות אדמה נדיריםיש שימושים צבאיים מסוימים, אבל התפקיד הקריטי ביותר בתחומי ההגנה הלאומית והצבא צריך להיות יישום של טווחי לייזר, הנחיית לייזר, תקשורת לייזר ותחומים אחרים.

 יישום של פלדת אדמה נדירה וברזל יצוק נודולרי בטכנולוגיה צבאית מודרנית

 1.1 יישום של פלדה אדמה נדירה בטכנולוגיה צבאית מודרנית

תפקידיו כוללים טיהור, שינוי וסגסוג, בעיקר כולל הסרת גופרית, הסרת חמצון והסרת גזים, ביטול ההשפעה של זיהומים מזיקים בנקודת התכה נמוכה, זיקוק תבואה ומבנה, השפעה על נקודת מעבר הפאזות של פלדה, ושיפור יכולת ההתקשות והתכונות המכניות שלה. . אנשי מדע וטכנולוגיה צבאיים פיתחו חומרי אדמה נדירים רבים המתאימים לשימוש בכלי נשק על ידי ניצול תכונה זו של אדמה נדירה.

 1.1.1 פלדת שריון

 כבר בתחילת שנות ה-60, תעשיית הנשק של סין החלה במחקר על יישום אדמה נדירה בפלדת שריון ופלדת רובה, וייצרה ברציפות פלדת שריון אדמה נדירה כמו 601, 603 ו-623, מה שפתח עידן חדש שבו חומרי גלם מרכזיים בסין הייצור של הטנקים היה מבוסס מקומי.

 1.1.2 פלדת פחמן אדמה נדירה

באמצע שנות ה-60, סין הוסיפה 0.05% אלמנטים של אדמה נדירה לפלדת הפחמן האיכותית המקורית כדי לייצר פלדת פחמן אדמה נדירה. ערך ההשפעה לרוחב של פלדת אדמה נדירה זו עלה ב-70% עד 100% בהשוואה לפלדת הפחמן המקורית, וערך ההשפעה ב-40 ℃ עלה כמעט פי שניים. המחסנית בעלת הקוטר הגדול העשויה מפלדה זו הוכחה באמצעות מבחני ירי במטווח כדי לעמוד במלוא הדרישות הטכניות. נכון לעכשיו, סין הושלמה והוכנסה לייצור, תוך השגת משאלתה ארוכת השנים של סין להחליף נחושת בפלדה בחומרי מחסנית.

 1.1.3 פלדת מנגן גבוהה באדמה נדירה ופלדה יצוקה של אדמה נדירה

פלדת המנגן הגבוהה באדמה נדירה משמשת לייצור נעלי מסלול טנקים, ופלדת יצוק האדמה הנדירה משמשת לייצור כנפי הזנב, בלם הלוע וחלקי המבנה הארטילריים של חבל זרקה חודר שריון במהירות גבוהה, שיכול להפחית את הליכי העיבוד, לשפר את שיעור הניצול של פלדה, ולהשיג אינדיקטורים טקטיים וטכניים.

בעבר, החומרים ששימשו לגופי הקליע של החדר הקדמי בסין היו עשויים מברזל יצוק חצי קשיח עם ברזל חזיר איכותי בתוספת 30% עד 40% גרוטאות פלדה. בשל חוזק נמוך, שבירות גבוהה, מספר נמוך ולא חד של שברים יעילים לאחר פיצוץ, וכוח הרג חלש, התפתחותו של גוף הקליע של החדר הקדמי נבלמה פעם. מאז 1963, קליברים שונים של פגזי מרגמה יוצרו באמצעות ברזל רקיע עפר נדיר, אשר הגדיל את תכונותיהם המכניות פי 1-2, הכפיל את מספר השברים היעילים וחידד את חדות השברים, מה שהגביר מאוד את כוח ההרג שלהם. המספר האפקטיבי של שברים ורדיוס ההרג האינטנסיבי של סוג מסוים של פגז תותח ופגז אקדח שדה העשויים מחומר זה בסין טובים במעט מאלה של פגזי פלדה.

יישום של סגסוגות אדמה נדירות לא ברזליות כגון מגנזיום ואלומיניום בטכנולוגיה צבאית מודרנית

 אדמה נדירהבעל פעילות כימית גבוהה ורדיוס אטומי גדול. כאשר הוא מתווסף למתכות לא ברזליות וסגסוגות שלהן, הוא יכול לעדן דגנים, למנוע הפרדה, הסרת גז, הסרת זיהומים וטיהור, ולשפר את המבנה המטאלוגרפי, כדי להשיג את המטרה המקיפה של שיפור תכונות מכניות, תכונות פיזיקליות ותכונות עיבוד. . עובדי חומרים בבית ומחוצה לה פיתחו סגסוגות מגנזיום חדשות של אדמה נדירה, סגסוגות אלומיניום, סגסוגות טיטניום וסגסוגות-על על ידי שימוש בתכונה זו של אדמה נדירה. מוצרים אלו היו בשימוש נרחב בטכנולוגיות צבאיות מודרניות כגון מטוסי קרב, מטוסי סער, מסוקים, כלי טיס בלתי מאוישים ולווייני טילים.

2.1 סגסוגת מגנזיום של אדמה נדירה

סגסוגות מגנזיום של אדמה נדירהבעלי חוזק ספציפי גבוה, יכולים להפחית את משקל המטוס, לשפר ביצועים טקטיים, ויש להם סיכויי יישום רחבים. סגסוגות המגנזיום הנדירות שפותחו על ידי China Aviation Industry Corporation (להלן AVIC) כוללות כ-10 דרגות של סגסוגות מגנזיום יצוקות וסגסוגות מגנזיום מעוותות, שרבות מהן שימשו בייצור ובעלות איכות יציבה. לדוגמה, סגסוגת מגנזיום יצוקה ZM 6 עם נאודימיום מתכת נדירה של אדמה נדירה כתוסף העיקרי הורחבה לשימוש עבור חלקים חשובים כגון מארזי צמצום אחוריים של מסוקים, צלעות כנף לוחם, ולוחות לחץ עופרת רוטור עבור גנרטורים של 30 קילוואט. סגסוגת המגנזיום בעלת חוזק גבוה של אדמה נדירה BM 25 שפותחה במשותף על ידי תאגיד AVIC ו-Nonferrous Metals Corporation, החליפה כמה סגסוגות אלומיניום בחוזק בינוני ויושמה במטוסי פגיעה.

2.2 סגסוגת טיטניום אדמה נדירה

בתחילת שנות ה-70, המכון לחומרי אווירונאוטיקה בבייג'ין (המכונה המכון לחומרי אווירונאוטיקה) החליף חלק מהאלומיניום והסיליקון בסריום מתכת אדמה נדירה (Ce) בסגסוגות טיטניום Ti-A1-Mo, והגביל את המשקעים של שלבים שבירים שיפור עמידות הסגסוגת בחום תוך שיפור היציבות התרמית שלה. על בסיס זה פותחה סגסוגת טיטניום יצוקה בעלת ביצועים גבוהים ZT3 המכילה סריום. בהשוואה לסגסוגות בינלאומיות דומות, יש לה יתרונות מסוימים במונחים של חוזק עמידות בחום וביצועי תהליך. מעטפת המדחס המיוצרת עמו משמשת למנוע W PI3 II, עם הפחתת משקל של 39 ק"ג לכל מטוס ועלייה ביחס דחף למשקל של 1.5%. בנוסף, הפחתת שלבי העיבוד בכ-30% השיגה יתרונות טכניים וכלכליים משמעותיים, תוך מילוי הפער בשימוש במארזי טיטניום יצוק למנועי תעופה בסין ב-500 ℃. מחקר הראה שיש חלקיקי תחמוצת צריום קטנים במבנה המיקרו של סגסוגת ZT3 המכילה סריום. סריום משלב חלק של חמצן בסגסוגת ליצירת קשיות עקשנית וגבוההתחמוצת אדמה נדירהחומר, Ce2O3. חלקיקים אלה מעכבים את התנועה של נקעים במהלך תהליך עיוות הסגסוגת, ומשפרים את הביצועים בטמפרטורה גבוהה של הסגסוגת. סריום לוכד חלק של זיהומי גז (במיוחד בגבולות התבואה), מה שעשוי לחזק את הסגסוגת תוך שמירה על יציבות תרמית טובה. זהו הניסיון הראשון ליישם את התיאוריה של חיזוק נקודות מומסות קשה בסגסוגות טיטניום יצוק. בנוסף, המכון לחומרי אווירונאוטיקה פיתח יציב וזולתחמוצת איטריום(III).חול ואבקה לאורך שנים של מחקר וטכנולוגיה מיוחדת לטיפול במינרליזציה בתהליך היציקה המדויקת של סגסוגת טיטניום. זה הגיע לרמה טובה יותר במונחים של משקל סגולי, קשיות ויציבות לנוזל טיטניום, והראה יתרונות גדולים יותר בהתאמה ובקרה על הביצועים של תמיסת מעטפת. היתרון הבולט בשימושתחמוצת איטריום(III).מעטפת לייצור יציקות טיטניום היא שבתנאי שאיכות היציקה ורמת התהליך שוות ערך לתהליך ציפוי הטונגסטן, ניתן לייצר יציקות מסגסוגת טיטניום דקות יותר מתהליך ציפוי הטונגסטן. נכון לעכשיו, תהליך זה נמצא בשימוש נרחב בייצור יציקות שונות של כלי טיס, מנועים ויציקות אזרחיות.

2.3 סגסוגת אלומיניום אדמה נדירה

לסגסוגת האלומיניום היצוקה עמידה בחום HZL206 שפותחה על ידי AVIC יש תכונות מכניות מעולות בטמפרטורה גבוהה ובטמפרטורת החדר בהשוואה לסגסוגות זרות המכילות ניקל, והגיעה לרמה מתקדמת של סגסוגות דומות בחו"ל. הוא משמש כעת כשסתום עמיד בלחץ עבור מסוקים ומטוסי קרב עם טמפרטורת עבודה של 300 ℃, המחליף פלדה וסגסוגות טיטניום. המשקל המבני הופחת והוכנס לייצור המוני. חוזק המתיחה של סגסוגת ZL117 היפראוטקטית מאלומיניום סיליקון אדמה נדירה ב-200-300 ℃ עולה על זה של סגסוגות הבוכנה KS280 ו-KS282 של מערב גרמניה. עמידות הבלאי שלו גבוהה פי 4-5 מזו של סגסוגות בוכנה נפוצות ZL108, עם מקדם קטן של התפשטות ליניארית ויציבות מימדית טובה. הוא שימש באביזרי תעופה KY-5, KY-7 מדחסי אוויר, ובוכנות מנוע מדגם תעופה. הוספת יסודות אדמה נדירים לסגסוגות אלומיניום משפרת באופן משמעותי את המיקרו-מבנה ואת התכונות המכניות. מנגנון הפעולה של יסודות אדמה נדירים בסגסוגות אלומיניום הוא: היווצרות הפצה מפוזרת, כאשר תרכובות אלומיניום קטנות משחקות תפקיד משמעותי בחיזוק השלב השני; התוספת של יסודות אדמה נדירים ממלאת תפקיד קתרזיס מסיר גז, ובכך מפחיתה את מספר הנקבוביות בסגסוגת ומשפרת את הביצועים של הסגסוגת; תרכובות אלומיניום נדירות של כדור הארץ משמשות כגרעינים הטרוגניים לעידון דגנים ופאזות אוטקטיות, ומהוות גם משנה; יסודות אדמה נדירים מקדמים היווצרות ועידון של שלבים עשירים בברזל, ומפחיתים את ההשפעות המזיקות שלהם. α— כמות התמיסה המוצקה של ברזל ב-A1 פוחתת עם העלייה של תוספת אדמה נדירה, מה שגם מועיל לשיפור החוזק והפלסטיות.

היישום של חומרי בעירה נדירים של כדור הארץ בטכנולוגיה צבאית מודרנית

3.1 מתכות אדמה נדירות טהורות

מתכות אדמה נדירות טהורות, בשל תכונותיהן הכימיות הפעילות, נוטות להגיב עם חמצן, גופרית וחנקן ליצירת תרכובות יציבות. כאשר הם נתונים לחיכוך ולפגיעה אינטנסיביים, ניצוצות עלולים להצית חומרים דליקים. לכן, כבר בשנת 1908, נעשה ממנו צור. נמצא שבין 17 יסודות האדמה הנדירים, לשישה יסודות, כולל צריום, לנתנום, ניאודימיום, פרסאודימיום, סמריון ואיטריום, יש ביצועי הצתה טובים במיוחד. אנשים יצרו כלי נשק שונים המבוססים על תכונות ההצתה של מתכות אדמה נדירות. לדוגמה, הטיל האמריקאי "Mark 82" במשקל 227 ק"ג משתמש בספינות מתכת נדירות מאדמה, אשר מייצרות לא רק אפקטים של הרג נפץ אלא גם אפקטים של הצתה. ראש הנפץ של רקטות אוויר-קרקע "איש שיכוך" של ארה"ב מצויד ב-108 מוטות מרובעים ממתכת אדמה נדירה כספינות, ומחליפים חלק מהשברים המוכנים. בדיקות פיצוץ סטטי הראו שהיכולת שלו להצית דלק תעופה גבוהה ב-44% מזו של דלק תעופה לא מרופדת.

3.2 מתכות אדמה נדירות מעורבות

בשל המחיר הגבוה של טהורמתכת אדמה נדירהs, בעלות נמוכה מתכות אדמה נדירות מורכבות נמצאות בשימוש נרחב בכלי נשק בעירה במדינות שונות. חומר הבעירה המורכב של מתכת אדמה נדירה מועמס לתוך מעטפת המתכת בלחץ גבוה, עם צפיפות חומר בעירה של (1.9~2.1) × 103 ק"ג/מ"ק, מהירות בעירה 1.3-1.5 מ"ש, קוטר להבה של כ-500 מ"מ, וטמפרטורת להבה עד 1715-2000 ℃. לאחר הבעירה, גוף הליבון נשאר חם במשך יותר מ-5 דקות. במהלך הפלישה לווייטנאם, צבא ארה"ב השתמש במשגרים כדי לשגר רימון הצתה 40 מ"מ, שהיה מלא בבטנה מתלקחת עשויה מתכת אדמה נדירה מעורבת. לאחר התפוצצות הקליע, כל שבר עם בטנה מצית יכול להצית את המטרה. באותה תקופה, הייצור החודשי של הפצצה הגיע ל-200000 סיבובים, עם מקסימום של 260000 סיבובים.

3.3 סגסוגות בעירת אדמה נדירה

סגסוגת השריפה של אדמה נדירה במשקל של 100 גרם יכולה ליצור 200 ~ 3000 הדלקות, המכסה שטח גדול, המקבילה לרדיוס ההרג של תחמושת חודרת שריון ושל קליע חודר שריון. לכן, פיתוח תחמושת רב תכליתית עם כוח בעירה הפך לאחד הכיוונים העיקריים של פיתוח תחמושת בבית ומחוץ. עבור התחמושת חודרת השריון וקליע חודר השריון, הביצועים הטקטיים שלהם מחייבים שאחרי ניקוב השריון של טנק האויב, הם יוכלו להצית את הדלק והתחמושת שלהם כדי להשמיד את הטנק לחלוטין. עבור רימונים, נדרש להצית אספקה ​​צבאית ומתקנים אסטרטגיים בטווח ההרג שלהם. דווח כי מכשיר מתכת אדמה נדירה מפלסטיק תוצרת Made in USA עשוי ניילון מחוזק בסיבי זכוכית ובתוכו מחסנית סגסוגת אדמה נדירה מעורבת, בעלת השפעה טובה יותר נגד דלק תעופה ומטרות דומות.

יישום של חומרי אדמה נדירים בהגנה צבאית וטכנולוגיה גרעינית

4.1 יישום בטכנולוגיית הגנה צבאית

ליסודות אדמה נדירים יש תכונות עמידות בפני קרינה. מרכז חתך הניוטרונים הלאומי של ארצות הברית יצר שני סוגים של לוחות בעובי של 10 מ"מ על ידי שימוש בחומרים פולימריים כחומר הבסיס, עם או בלי תוספת של יסודות אדמה נדירים, לבדיקות הגנה מפני קרינה. התוצאות מראות שהשפעת המיגון התרמי של נויטרונים של חומרי פולימר אדמה נדירים טובה פי 5-6 מזו של חומרים פולימרים נטולי אדמה נדירה. ביניהם, לחומרי האדמה הנדירים עם Sm, Eu, Gd, Dy ואלמנטים אחרים יש את החתך הגדול ביותר של ספיגת נויטרונים ואפקט לכידת נויטרונים טוב. כיום, היישומים העיקריים של חומרי הגנה מפני קרינה מאדמה נדירה בטכנולוגיה צבאית כוללים את ההיבטים הבאים.

4.1.1 מיגון קרינה גרעינית

ארצות הברית משתמשת ב-1% בורון ו-5% ביסודות אדמה נדיריםגדוליניום, סמאריוםולנתנוםלייצור בטון עמיד בפני קרינה בעובי 600 מ"מ למיגון מקור הניוטרונים הביקוע של כור בריכת השחייה. צרפת פיתחה חומר הגנה מפני קרינה של אדמה נדירה על ידי הוספת בוריד, תרכובת אדמה נדירה או סגסוגת אדמה נדירה לגרפיט כחומר הבסיס. חומר המילוי של חומר המיגון המרוכב הזה נדרש להתפזר באופן שווה ולהפוך אותו לחלקים מוכנים, אשר ממוקמים סביב תעלת הכור בהתאם לדרישות השונות של אזור המיגון.

4.1.2 מיגון קרינה תרמית של מיכל

הוא מורכב מארבע שכבות של פורניר, בעובי כולל של 5-20 ס"מ. השכבה הראשונה עשויה מפלסטיק מחוזק בסיבי זכוכית, עם אבקה אנאורגנית שנוספה עם 2% תרכובות אדמה נדירות כחומרי מילוי לחסימת נויטרונים מהירים ולספוג נויטרונים איטיים; השכבה השנייה והשלישית מוסיפות גרפיט בורון, פוליסטירן ואלמנטים של אדמה נדירה המהווים 10% מכלל חומר המילוי בראשונה כדי לחסום נויטרונים באנרגיה בינונית ולספוג נויטרונים תרמיים; השכבה הרביעית משתמשת בגרפיט במקום בסיבי זכוכית, ומוסיפה 25% תרכובות אדמה נדירות לקליטת נויטרונים תרמיים.

4.1.3 אחרים

מריחת ציפויים עמידים לקרינה של אדמה נדירה על טנקים, ספינות, מקלטים וציוד צבאי אחר יכולה להיות בעלת אפקט עמיד בפני קרינה.

4.2 יישום בטכנולוגיה גרעינית

תחמוצת איטריום(III) של אדמה נדירה יכולה לשמש כבולם דליק של דלק אורניום בכור מים רותחים (BWR). מבין כל היסודות, לגדוליניום יש את היכולת החזקה ביותר לקלוט נויטרונים, עם כ-4600 מטרות לכל אטום. כל אטום גדוליניום טבעי סופג בממוצע 4 נויטרונים לפני כשל. כאשר מעורבב עם אורניום בקיע, גדוליניום יכול לקדם בעירה, להפחית את צריכת האורניום ולהגדיל את תפוקת האנרגיה. שלא כמו בורון קרביד,תחמוצת גדוליניום(III).אינו מייצר דאוטריום, תוצר לוואי מזיק. זה יכול להתאים גם לדלק אורניום וגם לחומר הציפוי שלו בתגובה גרעינית. היתרון בשימוש גדוליניום במקום בורון הוא שניתן לערבב את גדוליניום ישירות עם אורניום כדי למנוע התפשטות מוטות דלק גרעיניים. לפי הסטטיסטיקה, מתוכננים להיבנות ברחבי העולם 149 כורים גרעיניים, מתוכם 115 כורי מים בלחץ באמצעותאוזן נדירהh תחמוצת גדוליניום(III).סמריום אדמה נדירה,אירופיום, ודיספרוסיום שימשו כבולמי נויטרונים בכורים לגידול נויטרונים. אדמה נדירהאיטריוםבעל חתך לכידה קטן בניוטרונים והוא יכול לשמש כחומר צינור לכורי מלח מותך. נייר הכסף הדק בתוספת גדוליניום ודיספרוסיום של אדמה נדירה יכול לשמש כגלאי שדה נויטרונים בהנדסת תעופה וחלל ותעשייה גרעינית, כמות קטנה של כדור הארץ נדיר וארביום יכולה לשמש כחומר המטרה של מחולל ניוטרונים בצינור אטום ואדמה נדירה. ניתן להשתמש ב-europium oxide iron cermet לייצור לוחית תמיכה משופרת לשליטה בכור. כמו כן, גדוליניום אדמה נדירה יכול לשמש כתוסף ציפוי למניעת קרינת פצצות נויטרונים, וכלי רכב משוריינים המצופים בציפוי מיוחד המכיל תחמוצת גדוליניום יכולים למנוע קרינת נויטרונים. איטרביום אדמה נדירה משמש בציוד למדידת מתח קרקע הנגרם מפיצוצים גרעיניים תת-קרקעיים. כאשר איטרביום של אדמה נדירה נתון לכוח, ההתנגדות גדלה, וניתן להשתמש בשינוי בהתנגדות כדי לחשב את הלחץ המופעל. ניתן להשתמש בקישור רדיד גדוליניום של אדמה נדירה שהופקדה ושזירה עם אלמנט רגיש למתח כדי למדוד מתח גרעיני גבוה.

יישום של 5 חומרים נדירים של כדור הארץ המגנט הקבוע בטכנולוגיה צבאית מודרנית

חומר המגנט הקבוע של כדור הארץ הנדיר, המכונה הדור החדש של המלך המגנטי, הוא כיום חומר המגנט הקבוע בעל הביצועים המקיפים הגבוהים ביותר הידועים. יש לו יותר מפי 100 תכונות מגנטיות גבוהות יותר מהפלדה המגנטית ששימשה בציוד צבאי בשנות ה-70. נכון לעכשיו, זה הפך לחומר חשוב בתקשורת טכנולוגית אלקטרונית מודרנית. הוא משמש בצינורות גלים ומחזורים בלווייני אדמה מלאכותיים, מכ"מים והיבטים אחרים. לכן, יש לזה משמעות צבאית חשובה.

מגנטים SmCo ומגנטים NdFeB משמשים למיקוד קרן אלקטרונים במערכת הנחיית הטילים. מגנטים הם מכשירי המיקוד העיקריים של אלומת האלקטרונים, המשדרים נתונים אל משטח הבקרה של הטיל. ישנם כ-5-10 פאונד (2.27-4.54 ק"ג) של מגנטים בכל התקן הנחיית מיקוד של הטיל. בנוסף, מגנטים נדירים של כדור הארץ משמשים גם להנעת מנועים ולסיבוב הגה Rudder#Aircraft של טילים מונחים. היתרונות שלהם הם מגנטיות חזקה יותר ומשקל קל יותר מהמגנטים המקוריים של Al Ni Co.

יישום של חומרים נדירים בלייזר לאדמה בטכנולוגיה צבאית מודרנית

לייזר הוא סוג חדש של מקור אור בעל מונוכרומטיות טובה, כיווניות וקוהרנטיות, ויכול להשיג בהירות גבוהה. חומרי לייזר ולייזר אדמה נדירים נולדו בו זמנית. עד כה, כ-90% מחומרי הלייזר כוללים כדורי אדמה נדירים. לדוגמה, קריסטל נופך מאלומיניום איטריום הוא לייזר בשימוש נרחב שיכול להשיג תפוקת הספק גבוהה מתמשכת בטמפרטורת החדר. היישום של לייזרים במצב מוצק בצבא המודרני כולל את ההיבטים הבאים.

6.1 טווח לייזר

נופך האלומיניום האיטריום המסומם בניאודימיום שפותח בארצות הברית, בריטניה, צרפת, גרמניה ומדינות אחרות יכול למדוד מרחק של 4000~20000 מ' עם דיוק של 5 מ'. מערכות הנשק כמו US MI, Leopard II של גרמניה, Lecler של צרפת, Type 90 של יפן, Mekava של ישראל וטנק צ'לנג'ר 2 הבריטי האחרון משתמשות בסוג זה של מד טווח לייזר. נכון לעכשיו, מדינות מסוימות מפתחות דור חדש של מדדי טווח לייזר מוצק לבטיחות עיניים אנושיות, עם אורכי גל הפעלה הנעים בין 1.5 ל-2.1 מיקרומטר. מד טווח הלייזר הידני שפותח על ידי ארה"ב ובריטניה באמצעות הולמיום מסומם לייזר איטריום ליתיום פלואוריד יש פס עבודה של 2.06 מיקרומטר, הנעים עד 3000 מ'. גם ארצות הברית וחברת הלייזר הבינלאומית השתמשו במשותף בלייזר איטריום ליתיום פלואוריד המסומם בארביום ופיתחו אורך גל של מד טווח לייזר של 1.73 מיקרומטר וחיילים מצוידים בכבדות. אורך גל הלייזר של מדדי הטווח הצבאיים של סין הוא 1.06 מיקרומטר, נע בין 200 ל-7000 מ'. בשיגור רקטות ארוכות טווח, טילים ולווייני תקשורת ניסויים, סין השיגה נתונים חשובים במדידת טווח באמצעות Laser TV Theodolite.

6.2 הנחיית לייזר

פצצות מונחות לייזר משתמשות בלייזרים להנחיה מסוף. המטרה מוקרנת בלייזר Nd · YAG הפולט עשרות פולסים בשנייה. הפולסים מקודדים, ופולסי האור יכולים להנחות את תגובת הטיל, ובכך למנוע הפרעות משיגור הטיל ומכשולים שהציב האויב. לדוגמה, פצצת הגלישה של צבא ארה"ב GBV-15 הנקראת "פצצה חכמה". באופן דומה, ניתן להשתמש בו גם לייצור פגזים מונחי לייזר.

6.3 תקשורת לייזר

בנוסף ל-Nd · YAG יכול לשמש לתקשורת לייזר, פלט הלייזר של גביש ליתיום טטרה ניאודימיום(III) פוספט (LNP) מקוטב וקל לוויסות. הוא נחשב לאחד מחומרי המיקרו לייזר המבטיחים ביותר, המתאים למקור אור של תקשורת סיבים אופטיים, וצפוי להיות מיושם באופטיקה משולבת ותקשורת חלל. בנוסף, נופך ברזל איטריום (Y3Fe5O12) יחיד גביש יכול לשמש כמכשירי גל משטח מגנטוסטטי שונים על ידי תהליך אינטגרציה במיקרוגל, מה שהופך את המכשירים למשולבים וממוזערים, ויש לו יישומים מיוחדים בשלט רחוק מכ"ם וטלמטריה, ניווט ואמצעי נגד אלקטרוניים.

היישום של 7 חומרים מוליכי-על נדירים של כדור הארץ בטכנולוגיה צבאית מודרנית

כאשר חומר נמוך מטמפרטורה מסוימת, מתרחשת התופעה שההתנגדות היא אפס, כלומר מוליכות-על. הטמפרטורה היא הטמפרטורה הקריטית (Tc). מוליכים הם אנטי מגנטים. כאשר הטמפרטורה נמוכה מהטמפרטורה הקריטית, מוליכים דוחים כל שדה מגנטי שמנסה להחיל עליהם. זהו מה שנקרא אפקט מייסנר. הוספת יסודות אדמה נדירים לחומרים מוליכים-על יכולה להגביר מאוד את הטמפרטורה הקריטית Tc. זה קידם מאוד את הפיתוח והיישום של חומרים מוליכים-על. בשנות ה-80, ארצות הברית, יפן ומדינות מפותחות אחרות הוסיפו ברציפות כמות מסוימת של לנתנום, איטריום, אירופיום, ארביום ותחמוצות אדמה נדירות אחרות לתרכובות תחמוצת בריום ותחמוצת נחושת(II), שעורבבו, נלחצו והסינטרו כדי יוצרים חומרים קרמיים מוליכי-על, מה שהופך את היישום הנרחב של טכנולוגיית מוליכים-על, במיוחד ביישומים צבאיים, למרחיב יותר.

7.1 מעגלים משולבים מוליכים-על

בשנים האחרונות ערכו מדינות זרות מחקר על יישום טכנולוגיית מוליכות-על במחשבים אלקטרוניים, ופיתחו מעגלים משולבים מוליכים-על באמצעות חומרים קרמיים מוליכים-על. אם המעגל המשולב הזה משמש לייצור מחשבים מוליכים, הוא לא רק בעל גודל קטן, משקל קל ונוח לשימוש, אלא גם בעל מהירות מחשוב מהירה פי 10 עד 100 ממחשבי מוליכים למחצה