1.Nesil TÜBİTAK UME Fluxgate Manyetometre ve Örnek Uygulama: Güneş Fırtınalarının Dünya Alanı Üzerine Etkisi Şekil1: UME 1. Nesil manyetometre şematik görüntüsü Manyetik sensörler uzay sektörü, arkeoloji, tıp, maden arama, savunma gibi birçok farklı alanda uygulama bulabilmektedir. Uygulama alanlarının çeşitliliğine paralel olarak sensör seçimi de önem arz etmektedir. Örneğin, navigasyon amaçlı kullanılması durumunda sensörün dinamik ölçeğinin 10 -9-10-4 T bölgesini kapsaması gerekmektedir. Diğer taraftan dünya manyetik alanındaki bölgesel aykırılıkların araştırılabilmesi için sensörün 10-5-10-3 T aralığında ölçüm yeteneğine sahip olması gerekmektedir. Manyetik alan ölçümleri için araştırma bobinleri, fluxgate, nükleer yalpalama (nuclear precession), SQUID, Hall-effect, dev manyetik direnç, fiber optik ve magneto-optik bilinen ve sanayide uygulama bulmuş başlıca ölçüm teknikleridir. Yüksek manyetik alan bölgesinde (>10-5 T) metrolojik açıdan kabul görmüş ve güvenilirliği test edilmiş bir çok ölçüm metodu bulunmasına rağmen, düşük alan bölgesinde (10-15-10-5 T) kabul gören metot oldukça sınırlı sayıdadır. Hâlbuki nanoteknoloji alanındaki hızlı gelişmeler ölçüm bilimcileri düşük alan bölgesinde çalışan yeni tekniklerin araştırılması ve metroloji bilimine kazandırılması yönünde çalışmalar yapmaya zorlamaktadır. Düşük alan bölgesinde Fluxgate magnetometre’ler 10-8 T’ye kadar DC manyetik alan büyüklüklerini doğru, tekrarlanabilir ölçümler ile izlenebilirliğinin sağlanabilmesi gibi kendine has göstermiş olduğu ayrıcalıklar nedeni ile metroloji dünyasında kabul görmüş ve üzerinde hala yoğun çalışmalar devam etmektedir. UME Manyetik ölçümler laboratuarı 2010 yılında başlatmış olduğu manyetometre projesinde 10-4 Oe ile 10-9 T arası DC manyetik alan büyüklüklerini ölçebilme yeteneğine sahip çevresel parametrelerden (sıcaklık, basınç, vs) asgari düzeyde etkilenen bir Fluxgate Manyetometre geliştirmiştir. 1. nesil UME Fluxgate Manyetometre’ye ait hassasiyet ve gürültü ölçümleri şekil2’de gösterilmiştir. Şekil1’de görüldüğü üzere ölçülmek istenilen DC alan ile sensör çıkış sinyali arasında mükemmel bir doğrusal ilişki vardır ki bu (fit parametresi %99,998) metrolojik açıdan büyük önem arz etmektedir. Diğer taraftan gürültü analizi sonucunda 1 Hz’deki gürültü seviyesi 21 pT/√Hz gibi çok düşük bir değer olarak belirlenmiştir. Şekil2: 1. Nesil UME Fluxgate manyetometre hassasiyet ve gürültü ölçümleri Dünya manyetik alanı dünya üzerinde yer altı kaynaklarının farklılığından dolayı farklı bir dağılım göstermektedir. Bu nedenle dünya manyetik alanındaki global değişimler coğrafyaya bağlı olarak farklı etkiler yaratmaktadır. Dünya üzerinde farklı bölgelerde kurulan gözlemevleri kendi bölgelerindeki yıllık manyetik alan değişimini izlemekte ve elde edilen bilimsel veriyi raporlayarak dünya manyetik alan dağılımının belirlenmesine katkı sağlamaktadır. Sağlıklı bir verinin elde edilebilmesi için manyetik alan ölçümlerinin doğruluğunun garanti altına alınması gerekir. Manyetik alan ölçümlerinde kullanılan cihazların yüksek hassasiyette ve çevresel parametrelere karşı duyarsızlaştırılması (örneğin yaz- kış ölçümlerinde sıcaklık farkından kaynaklabilecek ölçüm hataları) mutlaka olması gereken parametrelerden biridir. 1. Nesil UME fluxgate manyetometresi çevresel parametrelere karşı robust bir tasarım özelliği göstermekle birlikte 1 nT DC alanı dahi çözebilme yeteneği ile beklentilerin çok üstünde performans sergilemiştir. Dünyada birçok bilim merkezinden (NASA, ESA, vs) kamuoyuna yapılan duyurulardan da bilindiği üzere 2014 yılı içinde Eylül ve Aralık aylarında şiddetli Güneş fırtınalarının olması ve bunun 1000 nT gibi manyetik alan değişimlerine neden olması beklenmiştir. Bu denli büyük DC alan değişimlerinin de elektronik cihazlara dahi olumsuz etkilerinin olabileceği ayrıca rapor edilmiştir. Bu amaçla UME binası içinde manyetikçe temiz bir ortamda bahsedilen periotlarda manyetik alan ölçümleri yapılmış ve bu bölgedeki DC alan değişimleri kaydedilmiştir. Şekil 3 ve Şekil4 sırası ile Eylül ve Aralık ayı içinde yapılan ölçüm sonuçlarını gösteren grafiklerdir. Şekil 3: 12-17 Eylül arası UME binası kontrollü bölgesinde dünya manyetik alanı salınımları Şekil 4: 21-29 Aralık arası UME binası kontrollü bölgesinde dünya manyetik alanı salınımları Gözlemlerle ilgili veri grafikleri gerçek zamanlı olarak alınan ve açık erişime sunulan Swedish Institute of Space Physics (IRF) 2 ve British Geological Survey (BGS)3 verileriyle karşılaştırıldı. Şekil-3’de yer alan dünya manyetik alanı ölçümünde günlük değişim UME binası bölgesinde 100 ile 200 nT arasında iken IRF de 50 ile 400 nT, BGS de ise 50 ile 250 nT arasındadır. Aralık ayında yapılan manyetik alan ölçümünde ise günlük değişim 50 ile 200 nT arasında iken IRF de 200 ile 450 nT, BGS de 75 ile 250 nT arasında değişim gözlenmiştir. Birçok bilim merkezinin Şekil-3 ve 4’de yer alan tarihlerde beklediği ve dünyanın belirli bölgelerinde çok büyük manyetik alan değişimlerinin gözleneceği güneş fırtınasının bu gözlemevlerinde beklenilen etkiyi yaratmadığı görülmektedir. Fakat alınan ölçüm sonuçlarından dünyanın farklı bölgelerinde farklı değişimlerin olduğu anlaşılmıştır. İsveç sınırları içerisinde yer alan gözlemevlerinin kayıtlarında manyetik alan değişimi Türkiye ve İngiltere’ye nazaran daha fazla olmakla birlikte bu fark İsveç’in dünya konumu itibariyle kuzey kutup bölgesine daha yakın olması sebebiyle de gerçekleşmiş olabilir. Kaynakça: 1. Gilbert, William (1544–1603). 2009. In The Hutchinson Dictionary of Scientific Biography. Retrieved January 26, 2013, from http://www.credoreference.com/topic/gilbert_william_1544_1603/ 2. http://www.irf.se/ 3. http://www.geomag.bgs.ac.uk/index.html
© Copyright 2024 Paperzz
