WİMAX Mimarisi

802.16 standartları GSM ve UMTS örneklerinde olduğu şekilde geniş çerçeveli değildirler. Özellikle yönetim seviyesinde pek çok alan bunların dışında kalır. Böylelikle, farklı altyapı ve yönetimsel çevrede bulunan WIMAX ağlarının birbirleri ile birleştirilebilmeleri mümkün olmaktadır. Ne var ki bu birleştirme işlemi mobil haberleşme tecrübesine sahip ağ işletmecilerini zorunlu kılmaktadır. 

802.16 mimarisi baz istasyonu ile çok sayıda uzak Abone İstasyonu öngörür. Abone istasyonları müşterilerde bulunan alıcı ve verici cihazlardır. Daha basitleştirerek söyleyecek olursak abone istasyonları WİMAX modemleridir. Baz istasyonları tarafından koordine edilirler. Bir baz istasyonu çok sayıda abone istasyonunu işletir. Abone istasyonlarınının olabildiğince küçük ve uygun olabilmesi için baz istasyonlarının çok yönlü ve akıllı olması sağlanır. 

Hava arayüzü R1 uç cihazları, baz istasyonlarının erişim kontrolünü tarif eder. Radyo bağlantısı kriptoludur. Kriptolama yöntemi olarak 128-bit ileri kriptolama standardı(AES) kullanılır. WİMAX uzak terminalleri otomatik olarak konfigüre edilirler ve düzenli aralıklarla yeniden değiştirirler. Bu nedenle dışarıdan bir dinlemeye karşı güvenli bir şekilde korunmuşturlar. Merkezi bir denetim kontrolü QoS anlamında kalite yönelimli aktarımı mümkün kılar. Çekirdek ağ ile haberleşme IPsec üzerinden gerçekleştirilir. 

IEEE 802.16d ye göre gerçekleştirilen sabit bağlantılar, bir uydu çanağının tesisatı ile karşılaştırmayı mümkün kılacak bir maliyettedirler. WİMAX uç cihazları olabildiğince yükseğe yerleştirilmeli ya da harici bir antenle donatılmalıdırlar. Kullanıcı ile istasyon arasında görsel bir bağlantı kurulabilmesi istenen bir şeydir. Bu ikisi, maliyeti artıran unsurlardır. Bu sebeple mobil standardı olarak “WİMAX mobil” tercih edilmektedir. 

Tipik bir WİMAX modem radyo-modem,yönlendirici, ve küçük bir VoIP telefon santralinden oluşur. İdeal şartlarda tesisat kurulumları cihazları kutusundan çıkarıp bağlantısını yapmaktan ibarettir. Modern cihazlarda konfigürasyon, TR-069 DSL de olduğu gibi tam otomatiktir.

Lityum İyon Pillerde Isıl Yönetim ve Ömür

Çok sık kullanılan farklı pil türleri ile kıyaslandığında Lityum-İyon piller uzun ömürlü olmaları, zararlı madde içermemeleri, yüksek enerji ve güç yoğunluğuna sahip olmaları vs. nedeniyle öne çıkmaktadırlar. Lityum kimyasal periyodik sistem içerisindeki en hafif metaldir. Tüm metaller içerisinde en yüksek elektrokimyasal potansiyele sahip olanıdır. Bu özelliklerinin sağladığı yüksek elektriksel kapasiteye paralel olarak, çeşitli katot malzemeleri ile üretebildiği hücre gerilimleri sayesinde kimyasal enerji depolama alanında ideal bir elektrot malzemesi sayılmaktadır.  Bu nedenle lityum-iyon piller günlük yaşamın tüm sahalarında giderek daha fazla karşımıza çıkmaktadır. Daha çok, şebekeden bağımsız elektriksel güç beslemeleri veya elektronik cihazların yedek pilleri olarak kullanılır. Özellikle mobil teknolojide kullanılan ufak çaplı uygulamalarda , notebooklarda, kameralarda, aletlerin kullanımında yaşanan patlama kitlesel ölçekte bir yaygınlaşmaya neden olmuştur. 

Küçük taşıtlarda Lityum iyon kullanımı önem kazanmıştır. Otomobillerde Hibrit tahrikli , yüksek gerilimli elektro tahrike sahip şeklinde ortaya çıkan kullanım tümüyle patlamayı andıran bir gelişim sergilemiştir. Böylece, Federal Almanya’nın 2025 yılına kadar elektrikli araçların sayısını 6 milyona çıkarma hedefi gündeme gelmiştir. Bu da dolayısıyla lityum iyon pillerin gelişimi ile paralel ilerlemek durumundadır. 

Herhangi bir elektromekanik enerji depolayıcısına elektrikli araçlarda kullanılması amacıyla uygunluk kazandırılması çok çeşitli teknik ekonomik ve de çevresel faktöre aynı anda bağımlı olabilmektedir. A.B.D İleri Pil Konsorsiyumu (USABC) bu amaçla, pil teknolojisinde hedeflenen amaçların belirlenmesi ve elde edilen ilerlemelerin ölçülebilmesinde enerji yoğunluğu konusunun yanında güvenlik ve ömür konularını da anahtar gösterge olarak kabul etmektedir. Ne var ki otomobil sanayii tarafından ortaya konan spesifikasyonlar bu yaklaşımın karşısında durmaktadır: Burada pillerin tasarımında, faydalı hacimsel ve gravimetrik masrafları gözle görülür şekilde sınırlandıran, yüksek güç ve enerji yoğunluğuna sahip uygun maliyetli çözümler talep edilmektedir. 

Lityum iyon pillerin otomobillerde kullanımı, yüksek kapasiteleri nedeniyle özellikle büyük çaplı bir seri bağlantı durumunda termal güvenlik açısından sorunlara yol açmaktadır. Bunun nedeni lityum iyon pillerin sıcaklık ve gerilim bakımından daha önceden net olarak belirlenmiş bir sahada faaliyet gösterebilmesidir. Bu sahanın dışında kalındığında, bu pillerin kullanımı elektriksel güçte bir azalışa ve güvenlik risklerine sebebiyet vermektedir. En basit örnek olarak hemen yakın geçmişte 2013 yılında Dreamline pil markasında yaşanan sıkıntıyı ve 2017 yılının başında HP bilgisayar markasının piyasadaki 100000 tablet bilgisayarını ciddi yangın tehlikesi nedeniyle geri çağırmak zorunda kalışını anımsayanlar olacaktır.

Lityum iyon Piller Serin Tutulmalıdır.
Çoğu pil üreticisinin direktiflerini dikkate alacak olursak günümüzde otomobillerde kullanılan lityum pillerde (Grafen ya da kısaltılmış şekliyle C/LMO, C/LiCoxNiyMnzO2 veya C/NCM ) güvenilir kabul edilen sıcaklık aralıkları şöyledir:

Deşarj -20 ila + 55 °C , Şarj 0 ila 45 °C . Ki4Ti5O12’li veya LTO negatif elektrotlu Lityum iyon pillerde en düşük sıcaklık değeri -30 °C dir. Normal şartlarda lityum iyon pillerin işletme gerilimleri 1,5 volt ile 4,2 volt arasında değişir. (bu değerler C/LCO, C/NCA, C/NCM ve C/LMO için 2,5 ve 4,2 volt, LTO/LMO pillerde 1,5 ila 2,7 volt, ve C/LFP pillerde 2 ila 2,7 volt arasındadır.)

Artan sıcaklıklar ile lityum iyon pillerde meydana gelen basınç artışı neticesinde yanıcı gazlar ortaya çıkar ki bu durum giderek güçlenerek patlamaya benzer bir yanma süreci ile devam eder. Buna termal kaçma denir. Bu anlamda yüksek sıcaklıklarda kullanım çok sorunlu hale gelmekte, arıza ve zararlara neden olmaktadır.

Lityum-İyon Pillerde Isıl Yönetim Pil Ömrünü Artırmada En Önemli Yöntemlerden Biridir

Lityum-İyon Pillere Karşı Bir Meydan Okuma: Farklı Dış Sıcaklıklar
Isıl yönetim bakımından elektrikli araçlarda kullanılan piller çok geniş bir işletme şartları sahasına sahiptir. Farklı dış sıcaklıklar ısıl yönetim noktasında bu piller için aşılması gereken ciddi bir sorundur ve bu durum tüketici elektroniğinde kullanılan pillerin tabii olduğu şartlar ile mukayese dahi edilemez. Örneğin soğuk günlerde kullanılabilir kapasite dolayısıyla aracın menzili, deşarj sonu gerilimine daha erkenden ulaşılacağından düşecektir. 

Bu pillere karşı bir meydan okuma niteliği taşıyan diğer bir sorun ise otomobil sanayii için 8 ila 10 yıl olarak tanımlanmakta olan pil ömrüdür. Bu ömür pilin ısıl yönetimi ile sıkı bir ilişki içerisindedir. Hücrenin yaşlanma hızı sıcaklığa bağlıdır ve iç direnci artışı ile kapasitenin azalması şeklinde kendini açığa vurmaktadır. Ömür sonu şartı uygulamaya bağlı olarak tanımlanmakta ve her bir dolumda asıl kapasitenin ancak % 80 ine ulaşılması ve aynı şekilde iç direncin iki misline çıkması halinde bu şartın oluştuğu kabul edilmektedir. 

Optimal sahanın üzerindeki sıcaklılarda görülen yaşlanma hızı Arrhenius denklemi ile yaklaşık olarak tahmin edilebilir: her 10 Kelvin sıcaklık artışında hücrenin ömrünün yarıya düşmesi beklenir. Burada yalnızca ortalama hücre sıcaklığının değil, hücre içerisinde ve hücreler arasındaki sıcaklık gradyeninin de belirleyici olduğunu belirtmek gerekir. Düzensiz bir ısı dağılımı bölgesel sıcak noktalar oluşturarak erken yaşlanmaya ve kapasite düşüşüne katkıda bulunur. Hücreler arasında oluşan sıcaklık farkları hücreleri yine farklı hızlarda yaşlandıracaktır:  Seri bağlanmış hücrelerde en zayıf hücre tüm sistemin ömrünü belirleyici durumundadır. Bu nedenle hem ortalama sıcaklık hem de pile ait ısıl yönetim sisteminin kontrol ettiği sıcaklık farkları dikkate alınmalıdır. İdeal olan ise her şekilde pil sisteminde meydana gelen ısının olabildiğince düzgün şekilde dağılmasını sağlayabilmektir. 

Linux neden daha güvenlidir?

Birinci sebep , normal kullanıcılar hiçbir değişiklik yapma hakkına sahip değildir. Kullanıcının program yükleme yetkisi dahi bulunmaz. Eğer yüklemesi gerekmekte ise root şifreyi girmesi istenir. Linuxta root admindir. Sonra kullanıcı korumalı bir pencerede bu program için istenen yetkilendirmeleri alır. Şifreyi bilmeyen hiçbir hacker bunu yapamaz. Bu şekilde tüm Linux sistemi üzerine bir güvenlik şeridi çekilmiş olur. Her türlü temel ayar güvenli tarafta kalacak ve riskli bir ayar yapma söz konusu olduğunda sistem tarafından uyarı oluşturulacaktır.

İkinci olarak, Linux çok yaygın bir işletim sistemi değildir ve bu yüzden Linux tabanlı bilgisayarlar virüs programcıları arasında çok makbul değildirler. Bu yüzden Linux tabanlı bir sisteme, sonuç alınması mümkün olmayacak şekilde saldırmak ve bu amaçla işe yaramayacak zararlı bir yazılım yazmanın çekici bir yönü olmayacaktır.

Linux neden güvenlidir sorusunun cevabı öncelikle onun açık kodlu yazılım olmasında yatar.

Üçüncüsü, çok farklı Linux sürümleri vardır ve her birinde pek çok değişik söz konusudur. Bu önemli bir güvenlik kriteridir. Bu yüzden Linux tabanlı bilgisayarlara yönelik geliştirilecek zararlı yazılımların sayısı minimumda tutulmuş olacaktır.

Dördüncüsü, Linux açık kaynak yazılımıdır. Güncellemeler neredeyse her gün yapılır ve istenirse otomatik olarak kendilerini sisteme yüklerler. İstenirse kullanıcı sadece bu güncellemelerden haberdar olur. Düşük risk arz eden güvenlik açıklarında bile güncellemeler hızlı gelmektedir.

Diğer üstünlükler kısaca şöyledir:

Sadece tek bir merkezi kurulum programı bulunmaktadır. Orada istenilen tüm yazılımlar bulunabilmektedir. Linux işletme sisteminin kendisi, farklı türlerde grafik yüzeyler (arayüz), çeşitli yardımcı ve uygulama programları tek bir tik koyma işlemiyle kurulum veya kaldırma şeklinde seçilebilir. Sonra tek bir defada o anda mevcut olan güncellemelerle birlikte kurulabilir veya kaldırılabilirler. 

Bazıları çok kullanışlı ama hızlı işlemcilere ihtiyaç duyan bazıları da eski tür donanımlarda düzgün çalışabilen çok sayıda kullanıcı yüzeyi (arayüzü)ne sahiptir. Herkes kendisi için uygun olan türde bir arayüzü bulabilir. 

Linux için çok sayıda yazılım mevcuttur. Özel bir ihtiyaç doğrultusunda yazılmış bir yazılıma ihtiyaç duyan kişi aradığını Linux’un geniş kütüphanesinde bulabilecektir. 

Kullanıcı özel bir durum gereği bir Windows programına ihtiyaç duyarsa iki ihtimal söz konusu olabilir. Çok sayıda program, Windows uyumlu yürütme ortamı “Wine” altında çalışmaktadır. Ya da sanal bir makine kurulumu (sanal kutu) yapılarak bunun altında da eski Windows çalıştırılır. Böylesi bir sanal Windows virüs veya solucan saldırısına uğramış ise bilinen en son yedekleme durumuna geri dönülerek sorun halledilmiş olur.

Moleküler Işın (Demet ) Epitaksi

Moleküler Işın Epitaksisi ince kristalin katmanları imal etmede başvurulan bir bir PVD (Fiziksel buhar biriktirme) yöntemidir. Moleküler ışın epitaksisi öncelikle yarı iletken tekniğinde kullanılır; Bu yöntemle, bir altkatman (subtrat) üzerinde GaAs, InP, GaInNAs, GaSb gibi yarıiletken alaşımlarının tek kristalinli yapıları üretmek mümkündür.  Bu yöntemle katman oluşturmadan kullanılan bir cihaza ait görsel aşağıda verilmiştir:

Moleküler Işın Epitaksi Sistemi (Gazi Üniversitesi Fotonik Laboratuvarında)

Temel Kavramlar

Epitaksi , bir altkatman üzerinde biriktirilen bir yarı iletken katmanın kristal yapısının , her iki katmanın fiziksel özellikleri (özellikle örgü (latis) parametresi ) birbirinden çok büyük farklılık göstermediği sürece, bu altkatmanınkine uydurulması işlemidir. Altkatman ve üstündeki katman aynı alaşımdan oluşuyorsa homoepitaksi, farklı alaşımlardan oluşuyorsa heteroepitaksi kavramlarından bahsedilebilir. Heteroepitakside genellikle farklı örgü parametreleri nedeniyle belli bir kritik katman kalınlığına kadar biriktirilen katmanlarda bir gerilme ortaya çıkmaktadır. Kritik katman kalınlığı aşıldığında biriktirilmiş olan bu katman , ortaya çıkan kaymalarla (kusur) birlikte gevşemektedir. Moleküler ışın epitaksisi vakum ortamında geride kalan artık gaz atomları nedeniyle ortaya çıkan kirlenmeleri önlemek amacıyla ultra yüksek vakum ortamının oluşturulmasını gerektirir. Biriktirme süreçleri sırasında yüksek vakum bölgesine gerçekleşen akıtma nedeniyle artar. Biriktirilen katmanı meydana getiren malzemeler buharlaşma potasında (sıvı akıtma hücreleri) kızdırılır ve doğrultu kazandırılmış moleküler ışın şeklinde (art bölge gazları ile çarpışmaksızın) altkatmana ulaşır. Bu katman da da aynı şekilde ısıtılır ve düzgün bir biriktirme işlemine olanak tanır. 

Moleküler Işın Epitaksi Yöntemi 

Pota sıcaklığının kontrolü ve tek kaynaktan çıkan moleküler ışının kontrollü bir şekilde salınıp bloke edilmesiyle değişik türde kompozisyon ve katkılamaya sahip çok katmanlı kompleks yapılar elde edilebilir. Katman kalınlıkları birkaç atom çapından mikrometrelere uzanan bir yelpazede değişebilir. 

Moleküler ışın epitaksisiyle üretim süreci , biriktirme sürecine etki etmeyen uygun yerinden yöntemlerle (RHEED, elipsometri, ) denetlenebilir. 

Uygulama Alanları 

Moleküler ışın epitaksisi, özellikle optoelektronik yapı elemanlarının üretiminde kullanılmaktadır. 

Lazer diyotları 

Dielektrik Ayna 

Kuantum Kaskat Lazer vs.. 

Ayrıca incefilm fotovoltaik pil üretiminde de bu yöntemden faydalanılmaktadır. 

Diğer yandan düzgün bir katman kalınlığı denetimi sayesinde çok küçük ölçülere sahip yapıların gerçekleştirilebilmesi mümkündür. Bu yapılar kuantum olayına dayanan ve herkes için yeni kabul edilebilecek bir takım özelliklere sahiptirler. Bununla birlikte sıklıkla heteroepitaksideki doğal pürüzlülük ya da sınır katmanların içersisindeki kendiliğinden organizasyon özelliğinden faydalanılır. 

Özellikle epitaksi yoluyla biriktirilen heteroyapılarda meydana gelen gerilme, kuantum noktalarına, kuantum telciklere, kuantum kuyularına sebep olmaktadır. 

Temel araştırmalarda moleküler ışın epitaksisi gerilmiş Si/SiGe biriktirilmesine kullanılır. Bu teknoloji ile gelecekte Si/SiGe içerisinde HEMTS olarak isimlendirilen diğer adıyla MODFETS teknolojisini gerçekleştirmek ve GaAs gibi malzemeler kullanarak maliyetleri düşürmek mümkün olacaktır. 

Özel bir moleküler ışın epitaksisi yöntemi de "Allotaksi" dir. Bu yöntem sayesinde monoktristal silisyum içerisinde gömülmüş Kobaldisilisit katmanları üretmek mümkün olabilmektedir. 

Buharlaştırma vasıtasıyla atomik seviyede düzenli şekilde sıralanmış organik molekül katmanları elde etmek de mümkündür. Bu yöntem organik moleküler ışın epitaksisi olarak isimlendirilir.

Şarj Cihazları

Aküleri koruyarak hızlı ve tam bir şekilde şarj edebilmek için çoğu zaman bir gerilim kaynağını (mesela smps güç kaynağı gibi)  akünün iki kutbu arasına bağlamak yeterli olmayacaktır. 

Öncelikle şarj akımını doğru bir şekilde belirleyebilmek önem arzeder: Bu akım yeterince hızlı bir şarj için gereken büyüklükte ama  aynı zamanda da aküyü aşırı ısınmaya ve yüklenmeye uğratmayacak kadar da yüksek bir değerde olmamalıdır. Tavsiye edilen en yüksek şarj akımı akü tipine bağlıdır. Çok derin boşalmış lityum tip akülerde en baştan düşük bir akım seçmek doğru bir yaklaşım olabilir. Şarj akımının büyüklüğü göreceli olarak şarj gerilimine ve söz konusu gerilim altındayken de şarj durumu ve sıcaklığına bağlı olduğundan çoğu şarj cihazı sabit akım kaynağı (en azından şarj sona erinceye dek) gibi çalışır. Şarj gerilimi, istenen şarj akımına ulaşılıncaya dek otomatik olarak belli sınırlar dahilinde regüle edilirler. Sonra şarj gerilimi şarj sırasında yavaşça yükselir ki bu yükseliş hızı şarjın son safhalarında daha da hızlıdır. 

Şarj Cihazı

Aküyü aşırı yüklememek için şarj durumu otomatik olarak izlenmelidir; Şarj cihazı tam bir şarj sonrasında ya şarj akımını tamamıyla keser ya da dengeleme yüklemesine geçer. Devreden çıkarmadaki kriter çoğunlukla belli bir yükleme gerilimine ulaşılmış olması (şarj sonu gerilimi) ya da gerilimin gazlaşma tepesini (tam bir şarjın olduğuna işaret eder) geçmesinin ardından tekrar düşmeye başlamasıdır. 

Çoğu şarj cihazı fazladan bir takım kriterlere göre çalışmaktadır. Bu kriterler arasında örneğin, darbeli yükleme yöntemlerinde düzgün ve kısa aralıklarla şarj duraklamaları sırasında ölçülen boşta gerilimler, akülerin geçmiş süresi ya da sıcaklığı, hatta çoğu zaman akü içerisindeki gaz basıncı sayılabilir. Buna karşılık en elverişli olmasa da en basit çözüm sabit akım regülasyonuna ilave olarak, istenilen şarj sonu gerilimine yönelik gerilim sınırlaması yapmaktır. 

Şarj süreçlerinin ayrıntıları her bir akü tipi için farklı olduğundan, şarj cihazı da her bir tip için farklı olmalıdır. Mesela NiMH veya NiCd aku için uygun olan bir şarj aleti Alkali Mangan (tekrar şarj edilemeyen tipteki) aküleri canlandırmak için kullanılamazlar. Çünkü burada hücre gerilimleri daha yüksektir ve ölçülen şarj akımı daha düşüktür. NiCd aküler için tasarlanmış bir cihaz da muhtemelen NiMH aküyü aşırı yükleyecektir, çünkü gazlaşma tepesi daha düşükte meydana gelmektedir. Çok sayıda akıllı şarj cihazı içerisinde elektriksel karakteristiğini kullanarak kendisine bağlı akü tipini otomatik olarak devreden ayıran ve şarj parametrelerini buna uygun olarak ayarlayan elektronik devreler içerir. Diğer cihazlar el ile farklı akü tiplerine uygun olarak ayarlanabilir. Daha kompleks şarj stratejileri kural olarak mikroprosessörler yardımı ile gerçekleştirilebilir.

Nano Işık Anteni

Ufak aralıktan ışık saçılmaktadır.

Würzburg üniversitesi fizikçileri bir nanoantene elektrik akımı yardımıyla ışık verdirmeyi başardılar: Boyu sadece 250 nanometre olan ışık anteni gelecek yıllarda muhtemelen monitörlerde ve ayrıca veri iletiminde kullanılmak üzere çiplerin üzerinde kullanım alanı bulacak.

Bert Hecht ve araştırma ekibinden alınan bilgiye göre, her biri bir kontak teliyle donatılmış iki kola sahip olan ışık antenlerinin uç kısımları birbirine neredeyse temas etmekte. Araştırmacılar tarafından bu iki ucun arasına, biri kollardan birine temas eden diğerine de yaklaşık bir nanometre mesafede bulunan altından bir nanoparçacık yerleştirildi. Bir gerilim uygulandığında elektronlar tünel etkisi sayesinde bu ufak boşluktan akmakta ve bununla beraber bir başka kuantum fiziği etkisi neticesinde optik frekanslı salınımlar üretilmektedir.

Bu şekilde tasarlanmış olan anten böylelikle görünür ışık formunda elektromanyetik dalgalar üretiyor. Işığın rengi ise anten kollarının uzunluğuna bağlı. Hecht’in ifadesine göre şu anda bu anten elektrik ile faaliyete geçirilen en kompak ışık kaynağı ünvanını taşıyor.

Içinde bulunduğumuz dönemde benzeri minik ışık kaynakları ya ışık ile ya da kuantum noktaları gibi özel malzemeler ile beslenmek zorunda. Kullanım sahasının yaygınlaşabilmesi için elektrikle çalıştırılan bu ışık antenlerinin veriminin artırılması gerektiğini ifade eden Hechte göre bu antenlerin şu anki çalışması sırasında ışıktan çok daha fazla ısının meydana geliyor. Ayrıca bu çalışmadaki altın nanoyapı ışığın üretilebildiği süre birkaç saati geçmemekte.

Akıllı Elektrik Sayaçları Nasıl Çalışıyor?

Akıllı elektrik sayaçları iki bileşenden meydana gelmektedir: Sayacın kendisi ve verileri internet ortamına aktaran bir ağ geçidi. Klasik elektrik sayaçları belli bir dönemde tüketilen elektrik gücünün toplam değerini gösterirken, akıllı sayaçlar bu değerleri istenilen aralıklarla hesaplayıp müşteriden istenen uç noktasına protokolleyebilirler. Bu kabiliyet sayesinde, sadece elektrik tüketimi bilgisinin doğru bir şekilde aktarılmasının insanları tasarrufa teşvik edeceği ümit edilmektedir. Bu durum sadece yerel veriler için geçerlidir, bunun için enerji işletmelerine bir aktarım gerekli değildir. Bahsettiğimiz ağ geçitleri sayesinde bu veriler elektrik tedarikçilerine aktarılır. İlk etapta kullanıcı tarafından bir talep meydana gelmemişse önemli bir değişiklik meydana gelmez: Esas uygulamada akıllı sayaç ekranındaki verileri senede sadece bir kez aktarır.

Akıllı Sayaçlar Elektrik Arz ve Talebinin Dengelenmesinde Önemli Bir Yer Tutmaktadır.

Günümüzde elektrik tüketicilerinin elektriği arzı bol iken kullanması ya da elektrik darboğazı meydana geldiğinde kendi isteğiyle vazgeçmesi halinde kullandıkları elektriğin fiyatında indirimle kullanmalarını sağlayarak ödüllendirme düşüncesi etkilidir. Akıllı sayaç için ana argümanımız: Yenilenebilir enerjilerin her zaman arz edilememesi ve depolanmalarının son derece maliyetli olması. Değişken tarifelerden yararlanmak isteyen tüketicilerin sözleşmeye dayalı olarak daha fazla veriyi elektrik tedarikçisine aktarması gerekmektedir. Aksi takdirde ne zaman ne kadar elektrik enerjisinin kullanılacağı, ve o zaman diliminde elektriğin uygun maliyetli veya pahalı olacağının anlaşılabilmesi mümkün olmayacaktır.

Manyetorezonans Görüntüleme Nedir? & Cihazın İçerisinde Neden Yüksek Gürültü Meydana Gelmektedir?

Manyetorezonans Görüntüleme Cihazı  içine yatan herkes nasıl bir ses çıkardığını bilir. MRT cihazı sayesinde insan vücudunun anatomik inceliklerini ortaya çıkarılırken bu ses kulağa giderek daha derinden gelmeye başlar; beyin aktivitelerini incelemede kullandığımız MRT cihazlarında ise bu ses çok daha yüksek bir seviyeye ulaşır. Peki neden böyle bir ses meydana gelmekte ? Bu soruyu cevaplandırmak için önce biraz detaya girelim.

Manyetorezonans Görüntüleme'nin Çalışması Su Moleküllerinin  Radyo Dalgaların Enerjisini Emmesi Prensibine Dayanır. 

Manyetorezonans Görüntüleme veya diğer ismiyle Nükleer Spin Görüntüleme'de  araştırmacılar su moleküllerinin , daha doğrusu bu moleküllerin sahip olduğu atom çekirdeklerinin manyetik özellikte olmaları gerçeğinden faydalanmışlardır. Manyetorezonans çekimleri sırasında incelenecek vücut bölgesinin etrafında çok büyük bir tesla alanı oluşturulur ki bu değer dünyanın doğal manyetik alanının 100.000 katına denktir. Bu statik, ve zamandan bağımsız sabit değerli manyetik alan, helyum ile soğutulmakta olan elektromıknatıslar tarafından üretilir.

Akışkan helyum mutlak sıfır noktasından sadece 4,2 derece daha yüksek bir sıcaklığa sahiptir ve bu da yaklaşık 269 Celsius dereceye karşılık gelir. Bu sıcaklıklta mıknatıs sargılarının metal kısımları süper iletken özellik kazanarak elektriksel dirençlerini kaybederler. Bu özellik sayesinde çok yüksek akım, dolayısıyla da manyetik alan değerlerine ulaşmak mümkün olabilmektedir.

Yalpalayan Dönme Ekseni

Yumuşak vücut dokuları çok miktarda su içermektedir ve bu oran beyinde % 80 lere ulaşmaktadır. Su molekülleri, daha doğrusu hidrojen atomlarının protonları kendi başlarına minik birere mıknatıs gibi davranmaktadırlar: Su moleküllerindeki protonların kendilerine ait dönme momentleri normal şartlarda (spin olarak da isimlendirilir) statik manyetik alan ile aynı yönde yönlenirler. Bu esnada dönme ekseni tıpkı dönen bir topaçta olduğu gibi hareketini sürdürerek manyetik alan doğrultusu merkez olacak şekilde yalpalayarak manyetik alana paralel olmaktadır. Fizikçilerin deyimiyle bu bir “yalpalama” hareketidir. İngilizce karşılığı precession'dır.  Dönme ekseninin manyetik alan etrafında hangi frekansta yalpalama yaparak döneceği manyetik alanın şiddeti ile orantılıdır. Artık sıra , araştırılması istenen organa aynı frekansta bir radyo dalgası göndermektedir. Bunun için dokuya gönderilen radyo frekansı enerjisinin emilmesi sayesinde, küçük mıknatıscıklar şeklinde davranan ve manyetik alanları toplamda bir vektör oluşturan protonların spinleri mutad yalpalamasını tekrar gerçekleştirirler. Bu radyo dalgası kesildiği anda ise protonlar yine ilk manyetik alanla paralel haldeki eski spinine geri döner. İşte bu esnada protonun bu geri dönme sırasında yaydığı elektromanyetik dalga alıcı devreler tarafından alınarak dokudaki bölge ve kontrast farklılıkları bilgisayar yardımıyla değerlendirilirerek vücut kısımlarının görüntüleri elde edilir. Her dokunun hidrojen atomu için bu ilk hale dönüş sırasında geçen süre (buna gevşeme süresi adı veriliyor ) farklı olduğu için görüntülerin elde edilmesi sırasında bu bilgiden faydalanılmaktadır.

Proton (Hidrojen Çek.)'un Spini ve Yalpalama Hareketi

Bu fiziksel prensibe dayanarak,  tomografide kullanılan yüksek enerjili radyasyon yerine manyetik rezonans prensibinden faydalanan tomografi cihazları da vardır. Özellikle beyin hastalıklarının teşhisinde hastanın fazla radyasyon almasına mani olan bu cihazlardan  İşlevsel MRT’ (manyetoreazonans tomografi)de dokular yerine kan incelenmektedir. Beynin aktif bölgelerine oksijen nakli yapması halinde, kanın manyetik özellikleri değişmektedir. Bölgesel kan akışındaki bu tip değişiklikler beynin her bir bölgesindeki aktiviteler hakkında bilgi sahibi olmamızı sağlamaktadır. 

Alınan sinyallerin yerini belirlemek için MRT cihazlarında gradyen bobinleri olarak isimlendirilen üç farklı bobin kullanılmaktadır. Bu bobinler sırasıyla x,y, ve z eksenlerinde yönlenmektedirler. Bobinler düzgün manyetik alanı değiştirirler: Manyetik alanın şiddeti ve yönü tam olarak dokunun bulunduğu yere bağlıdır. Böylece , spinlerin yönlenim ve hareketleri hakkında net bilgi edinilmiş olur. Bu yüzden sinyal frekansından elektromanyetik dalgayı üreten spin konumları hesaplanır.

Gradyen Bobinleri Üç Boyutlu Görüntü Elde Etmede Kullanılır

Bilgisayarla Üç Boyutlu Görüntü Meydana Getirilir. 

Uygulamada radyo anteni aynı anda pek çok sinyali birden almaktadır. Bilgisayar bu sinyal topluluğunu farklı frekanslara dolayısıyla sinyallere kaynaklık eden farklı lokasyon bilgileri şeklinde parçalamaktadır. Daha sonra bilgisayar adım adım üç boyutlu görüntüyü bir araya getirmeye başlar. Üç farklı gradyen bobini alternatif gerilim ile beslenir ve içerilerinde yüzlerce amperlik akımlar sadece milisaniyeler mertebesindeki kısa süreler süresince akmaktadır. Helyum soğutmalı mıknatıs tarafından üretilen statik manyetik alan, bu akımlar üzerine etki ederek cihazın ortasından geçen eksene doğru ve ondan uzaklaşacak şekilde bobinlere kuvvet uygular. Her bir çekim esnasında artarda gerçekleşen bu salınımlar hastanın bir uğultu şeklinde duymakta olduğu seslerin sebebi olmaktadır. Bu sesin yüksekliği bobinlerin titreştiği frekansa bağlıdır: İşlevsel MRT’de bu ses daha yüksektir çünkü bu cihazlarda bobinlerde akan akımlar daha hızlı değişmektedir. Eninde sonunda  beyin aktivitelerindeki değişimleri takip edebilmek için daha fazla sayıda resmin hızlı ve peşpeşe olacak şekilde meydana getirilmesi gerekmektedir. Böylelikle üç boyutlu taramanın söz konusu gürültüyü oluşturduğunu öğrenmiş oluyoruz. Üç Tesla gücündeki bir cihazda bu gürültünün şiddeti bir Rock konserinde meydana gelmesi muhtemel olan 125 dB seviylerine çıkabilir. Bu nedenle gürültü seviyesini 99 dB ‘in altına çekmesi için bir kulaklık veya koruma cihazı gerekli hale gelmektedir. 

Josephson Etkileri ve Josephson Gerilim Standardı

1962 yılında o zamanlar 22 yaşında olan İngiliz öğrenci Brian D. Josephson , kısa bir süre sonra deneyse yollarla doğrulanabilmiş olan iki fiziksel etkinin varlığı hakkında öngörüde bulundu. Josephson Gerilim Standardı bu iki etkiden birine dayanmaktadır. 

Josephson etkileri iki süper iletkenin zayıf bir şekilde örneğin aralarında birkaç nanometreyi aşmayan bir yalıtkan tabaka ile ayrılarak birbirlerine bağlanmaları durumunda kendini gösterir. Böylesi bir Josephson elemanı, bir mikrodalga ışınımına maruz bırakıldığında bu iki süper iletken arasında, sadece iki doğal sabit değerin katlarına (n= 1.2.3… ) ve mikrodalganın frekansına bağlı olan bir takım ayrık gerilim değerleri üretilir . Karakteristik eğride bu sabit gerilim Un basamak değerleri aşağıda verilen değerlerde üretilir:

                                                                Un = n x h/2e x f

Burada n=1,2,3…. Basamakların mertebesini, h Planck sabitini, ve temel yükü işaret etmektedir. Tarihsel nedenlerle bugün h/2e değil aksine bunun resiprokal karşılığı (2e/h ) Josephson Sabiti Kj olarak isimlendirilir. 

70 Ghz mertebesindeki tipik bir mikrodalga frekansında iki bitişik basamak arasında mesafe 150 µV kadardır. 

Soldaki Şekil: konvansiyonel bir süperiletken-yalıtkan-süperiletken dizilimi için akım ve gerilim eğrisi, X: 100 µA/div.& Y: 1 mV/div.) 

Sağdaki Şekil: Üstteki dizilimin mikrodalga ışınım altındaki akım-gerilim eğrisi . Sabit gerilim basamakları (Shapiro Basamakları ) açıkça görülebilmektedir. 

Josephson Etkisi ile göreceli olarak 10 voltta 1 nV (milyarda bir )dan daha az belirsizliğe sahip gerilimler elde etmek mümkündür. Bu etkiden bu nedenle metrolojik enstitütülerde ve sanayiide hizmet veren kalibrasyon laboratuvarlarında sabit referans gerilimlerine temel etmesi için faydalanılır. Josephson sabitesi özellikle Josephson gerilim basamaklarının oluşturulması için gereken mikrodalga frekansındaki ancak çok kısa süreli olarak sağlanabilen güvenilirlikten ötürü gereken hassasiyeti tam olarak sağlayamadığı için tüm bilim camiasının üzerinde anlaştığı bir değer olarak  K_J-90 değeri kullanılır: K_J-90= 483 597,9 GHz/V

                                                            

PTB Metroloji Enstitüsündeki temiz oda ana üssünde toplamda 10 volt üretilecek şekilde onbinlerce Josephson elemanının bağlantısı gerçekleştirilmiş olup bunlar modern Josephson Gerilim Standardının merkezi öğeleri durumundadır.

 10 Volt Josephson Dizi Gerilim Standart Sistemi.

Bay Josephson bu keşfinden ötürü 1973 yılında Nobel Fizik Ödülüyle onurlandırılmıştır. 

Perovskit Güneş Pillerinin Yüksek Verimli Olmasını Mümkün Kılan Şey , Kristal Yapıda Meydana Gelen Şekil Değişiklikleri Olabilir

Silisyum yerine Perovskit kristallerinin kullanılmasıyla güneş pillerinin üretim maliyetlerinin ciddi şekilde düşürülebileceği öngörülüyor. Birkaç yıl içerisinde şu anda ancak % 4 olabilen hücre verimleri % 20 lere ulaşabilecek. Ne var ki bu denli gelecek vadeden bu fiziksel olayın temelinde yatan sebepler tam olarak anlaşılmış da değil. İnce Perovskit kristallerindeki atomik hareketlerin gösterildiği bir film izleyenlere ,şu halde elektrik üretiminde yer alan önemli süreçlerin anlaşılması noktasında şaşırtıcı bilgilere ulaşma imkanı verdi. Kaliforniyalı araştırmacılar “Science Advances “ dergisinde kristal yapısının alışılmadık şekilde uzun ömürlü form değişiklikleri hakkında bilgi paylaşımında bulundular. Bu açıklamalar sayesinde okuyucuların “Perovskit Güneş Pilleri’nde gerçekleşen “elektrik yüklerinin taşınması” olayını daha iyi anlaması bekleniyor. 

    Kristal Yapıdaki Şekil Değişiklikleri Perovskit Güneş Pillerini Verimini Artırıyor.

Menlo Parkta bulunan SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarında araştırmacı olarak çalışan bay Wu “Işığın İyot ve Kurşun atomlarının oluşturduğu kristal yapıda ciddi büyüklükte şekilsel değişiklik yarattığını keşfettik. ” diyor. Bu şekil değişikliklerinin Perovskit güneş pillerinin yüksek verimli oluşundaki asıl etken olabileceği düşünülmekte. Bu bilgiye ulaşabilmek için  Wu ve arkadaşları 40 nm kalınlığındaki Perovskit kristal tabakalarını aşırı kısa dalga boyundaki lazer darbeleri (40 femtosaniye) ile aydınlattılar. Görünür ışık vasıtasıyla söz konusu kristal yapının bu şekilde uyarılması neticesinde , kuvvetli bir şekilde odaklanan elektronlardan oluşan bir ışını örnek parça ( güneş piline esas ) üzerine düşürdüler. Bu elektronlar Perovskit kristal tabakaya çarparak saçıldıktan sonra hassas bir dedektör tarafından tekrar toplandı. Buradan da kırılan elektron demetinin , kristal yapının atomik yapısının anlaşılabilmesine imkan veren bir resmi oluşturulabildi. 

Fizikçiler bu elektron ışınımına ait kırılmanın ölçümlerini, lazer- ve elektron darbeleri arasında meydana getirilen farklı zaman aralıkları için defalarca kez tekrarladılar. Bu sayede, her bir kırılma yardımıyla oluşturulmuş bir  film görüntüsü elde edilmiş oldu ki bu film Perovskit kristal kafes yapısında meydana gelen her bir şekil değişikliğini nanometrenin kesirleri ölçeğinde doğru şekilde görülebilir kılmaktadır. 

Araştırmacılar  lazer ışığı ile uyartımın hemen sonrasında (saniyenin 10 trilyonda biri kadar kısa bir süre ) Perovskit kristallerindeki iyot atomlarının her birinin bir kurşun atomunun etrafında döndüğünü farkettiler. Aynı süre içerisinde, önceden tabanları bitişik çift piramit (oktahedron )yapısında bir şekle sahip olan kristallerin daha az düzenli bir yapıya dönüştüklerini de kaydettiler. Bu değişiklikler tıpkı eriyen kristallerin yapısında meydana gelenlerle kıyaslanabilir nitelikte olduklarından , onların süre ve büyüklükleri araştırmacıları bir hayli şaşırtmış. Araştırmacılar tam olarak da bu şekil değişikliklerinin elektriksel yüklerin kristal yapı içerisinde yakalanmadan kolaylıkla hareket etmelerini sağlayan şey olduğunu düşünüyorlar. Bu da perovskit güneş pillerinin neden yüksek verimli olduğunu açıklıyor. Wu ve arkadaşları yaptıkları bu keşfin uygun maliyetli perovskit kristallerinin üretiminde çığır açmasını ümit ediyorlar.