تتناول الوثيقة الموصلية الفائقة كمفهوم علمي وخصائصها وتطبيقاتها في الأنظمة المبردة، حيث تتميز بقدرتها على توصيل الكهرباء دون مقاومة عند درجات حرارة منخفضة. تحتوي على معلومات عن درجات الحرارة الحرجة لمواد مختلفة، وتستعرض مزايا وعيوب استخدام الموصلات الفائقة. كما تُفصل الوثيقة التطبيقات العملية لهذه المواد بما في ذلك التخزين المغناطيسي للطاقة، والقطارات المغناطيسية، والمولدات والمحركات.

1. Superconductivity and its application in
cryogenic systems
Supervisor:
Asst. Prof. Dr. Adel A. Eidan
Presented By:
Karrar S. Hasan Gaith M. Fedhala

2. Superconductivity

‫المجاالت‬ ‫وطرد‬ ‫ة‬ ‫مقاوم‬ ‫بدون‬ ‫الكهرباء‬ ‫يل‬ ‫توص‬ ‫ى‬ ‫عل‬ ‫المواد‬ ‫ض‬ ‫بع‬ ‫قدرة‬ ‫ي‬ ‫ه‬ ‫ة‬ ‫الفائق‬ ‫لية‬ ‫الموص‬
( ‫حرجة‬ ‫حرارة‬ ‫درجة‬ ‫تحت‬ ‫تبريدها‬ ‫عند‬ ‫المغناطيسية‬
Tc
.)

‫والسيراميك‬ ‫والسبائك‬ ‫المعادن‬ ‫بعض‬ ‫في‬ ‫مقاومة‬ ‫دون‬ ‫كهربائي‬ ‫تيار‬ ‫تدفق‬ ‫هي‬ ‫الفائقة‬ ‫الموصلية‬
‫إلى‬ ‫تصل‬ ‫حرارة‬ ‫درجات‬ ‫عند‬ ‫الحاالت‬ ‫بعض‬ ‫وفي‬ ،‫المطلق‬ ‫الصفر‬ ‫من‬ ‫قريبة‬ ‫حرارة‬ ‫درجات‬ ‫عند‬
‫المطلق‬ ‫الصفر‬ ‫فوق‬ ‫الدرجات‬ ‫مئات‬

3. 
:
‫عام‬ ‫في‬ ‫مرة‬ ‫ألول‬ ‫الفائقة‬ ‫الموصلية‬ ‫مالحظة‬ ‫تمت‬ ‫االكتشاف‬
1911
.
‫الهولندي‬ ‫الفيزيائي‬ ‫ووجد‬
- ‫ى‬‫إل‬ ‫ائل‬‫الس‬ ‫الهيليوم‬ ‫ي‬‫ف‬ ‫ق‬‫الزئب‬ ‫د‬‫تبري‬ ‫م‬‫يت‬ ‫ا‬‫عندم‬ ‫ه‬‫أن‬ ‫س‬‫أوني‬ ‫ك‬‫هاي‬
269
‫ض‬‫تنخف‬ ،‫ة‬‫مئوي‬ ‫ة‬‫درج‬
.
،‫الفائقة‬ ‫الموصلية‬ ‫اسم‬ ‫الغريبة‬ ‫السلوكيات‬ ‫هذه‬ ‫على‬ ‫أونز‬ ‫أطلق‬ ‫الصفر‬ ‫إلى‬ ‫الكهربائية‬ ‫مقاومته‬
‫إلى‬ ‫التدفق‬ ‫في‬ ‫الكهربائي‬ ‫التيار‬ ‫يستمر‬ ‫بحيث‬ ،‫مقاومة‬ ‫أي‬ ‫دون‬ ‫الكهرباء‬ ‫توصيل‬ ‫على‬ ‫القدرة‬ ‫أي‬
. .
‫الطبيعة‬ ‫في‬ ‫الموجودة‬ ‫الدائمة‬ ‫الحركة‬ ‫آلة‬ ‫إلى‬ ‫شيء‬ ‫أقرب‬ ‫هو‬ ‫وهذا‬ ‫انطالقه‬ ‫بمجرد‬ ‫األبد‬

4. 
‫ل‬‫موص‬ ‫ى‬‫إل‬ ‫العادي‬ ‫ل‬‫الموص‬ ‫انتقال‬ ‫ا‬‫عنده‬ ‫يحدث‬ ‫ي‬‫الت‬ ‫الحرارة‬ ‫ة‬‫درج‬ ‫مى‬‫تس‬
[ "
‫الحرجة‬ ‫الحرارة‬ ‫درجة‬ ‫أو‬ ‫االنتقالية‬ ‫الحرارة‬ ‫درجة‬ ‫بـ‬ ‫فائق‬
Tc
"."

‫فوق‬
Tc
-
‫ت‬ ‫تح‬ ‫ن‬ ‫ولك‬ ،‫ة‬ ‫الطبيعي‬ ‫ة‬ ‫الحال‬ ‫ي‬ ‫ف‬ ‫المادة‬ ‫تكون‬
Tc
-
‫المادة‬ ‫تكون‬
.‫التوصيل‬ ‫فائقة‬

- ‫الموصالت‬ ‫ألشباه‬ ‫بالنسبة‬
Tc
‫من‬ ‫يتراوح‬
0.3K
‫إلى‬
1.25K

- ‫للمعادن‬ ‫بالنسبة‬
Tc
‫من‬ ‫يتراوح‬
0.35K
‫إلى‬
9.22K

- ‫للسبائك‬ ‫بالنسبة‬
Tc
‫من‬ ‫يتراوح‬
18.1K
‫إلى‬
22.65K
.
Transition Temperature (or) Critical Temperature

5. Advantages and disadvantages of using
superconductors
Advantages

:
،‫الكهربائي‬ ‫التيار‬ ‫لتدفق‬ ‫مقاومة‬ ‫أي‬ ‫الفائقة‬ ‫الموصالت‬ ‫تظهر‬ ‫ال‬ ‫صفر‬ ‫كهربائية‬ ‫مقاومة‬
.‫بكفاءة‬ ‫الطاقة‬ ‫وتخزين‬ ‫نقل‬ ‫إلى‬ ‫يؤدي‬ ‫مما‬

‫ل‬ ‫مث‬ ‫بيقات‬ ‫تط‬ ‫ح‬ ‫يتي‬ ‫ا‬ ‫مم‬ ،‫ا‬ ‫داخله‬ ‫ن‬ ‫م‬ ‫ية‬ ‫المغناطيس‬ ‫المجاالت‬ ‫ة‬ ‫الفائق‬ ‫الت‬ ‫الموص‬ ‫تطرد‬
.‫التوصيل‬ ‫فائق‬ ‫والمغناطيس‬ ‫المغناطيسي‬ ‫التحليق‬

‫للطاقة‬ ‫منخفض‬ ‫تبديد‬

‫العمل‬ ‫في‬ ‫عالية‬ ‫سرعة‬ ‫لديهم‬

‫عالية‬ ‫حساسية‬ ‫لديهم‬

6. Disadvantage

‫ن‬‫م‬ ‫ة‬‫قريب‬ ،‫يل‬‫التوص‬ ‫ة‬‫فائق‬ ‫المواد‬ ‫بح‬‫تص‬ ‫ي‬‫لك‬ ‫ة‬‫منخفض‬ ‫حرارة‬ ‫لدرجات‬ ‫ة‬‫حاج‬ ‫هناك‬
‫التشغيل‬ ‫تكاليف‬ ‫ارتفاع‬ ‫إلى‬ ‫يؤدي‬ ‫مما‬ ،‫المطلق‬ ‫الصفر‬

‫الثمن‬ ‫باهظة‬ ‫إنها‬

.‫البيئات‬ ‫بعض‬ ‫في‬ ‫كيميائيا‬ ‫مستقرة‬ ‫غير‬ ‫فهي‬

‫أزواج‬ ‫ر‬ ‫يدم‬ ‫المتردد‬ ‫التيار‬ ‫ي‬ ‫ف‬ ‫ل‬ ‫التبدي‬ ‫ن‬ ‫أ‬ ‫ث‬ ‫حي‬ ،‫المتردد‬ ‫التيار‬ ‫ع‬ ‫م‬ ‫ل‬ ‫تعم‬ ‫ال‬ ‫ا‬ ‫أنه‬
‫النحاس‬

7. 1. Superconducting Transmission Lines
1
.
‫التوصيل‬ ‫فائقة‬ ‫النقل‬ ‫خطوط‬
‫أن‬ ‫وبما‬
10
%
‫إلى‬
15
%
‫خطوط‬ ‫في‬ ‫مقاومة‬ ‫خسائر‬ ‫في‬ ‫تتبدد‬ ‫المولدة‬ ‫الكهرباء‬ ‫من‬
.‫جذاب‬ ‫أمر‬ ‫هو‬ ‫خسارة‬ ‫بدون‬ ‫التوصيل‬ ‫فائقة‬ ‫نقل‬ ‫خطوط‬ ‫وجود‬ ‫احتمال‬ ‫فإن‬ ،‫النقل‬
‫الحرارة‬ ‫ة‬ ‫درج‬ ‫ذات‬ ‫ة‬ ‫الفائق‬ ‫الت‬ ‫للموص‬ ‫ة‬ ‫الطاق‬ ‫بيقات‬ ‫تط‬ ‫ع‬ ‫م‬ ‫ة‬ ‫الحالي‬ ‫التجارب‬ ‫ز‬ ‫ترك‬
‫تخدامات‬ ‫اس‬ ‫ى‬ ‫عل‬ ‫ة‬ ‫العالي‬
BSCCO
(
‫والبزموت‬ ‫يوم‬ ‫الكالس‬ ‫نحاس‬ ‫يد‬ ‫أكس‬
)
‫و‬ ‫ة‬ ‫األشرط‬ ‫أشكال‬ ‫ي‬ ‫ف‬ ‫ترونتيوم‬ ‫الس‬
YBCO
) (
‫والنحاس‬ ‫والباريوم‬ ‫اإليتريوم‬ ‫يد‬ ‫أكس‬
.
‫ن‬ ‫ع‬ ‫د‬ ‫تزي‬ ‫ي‬ ‫الت‬ ‫ة‬ ‫الحالي‬ ‫الكثافات‬ ‫بر‬ ‫تعت‬ ‫الرقيقة‬ ‫ة‬ ‫األغشي‬ ‫أشكال‬ ‫ي‬ ‫ف‬
10000
‫بير‬ ‫أم‬
‫في‬ ‫العتبة‬ ‫هذه‬ ‫تجاوز‬ ‫تم‬ ‫وقد‬ ،‫العملية‬ ‫الطاقة‬ ‫لتطبيقات‬ ‫ضرورية‬ ‫مربع‬ ‫سنتيمتر‬ ‫لكل‬
.‫التكوينات‬ ‫من‬ ‫العديد‬
Applications of superconductors

8. 2. Superconducting Motors and Generators
2
.
‫التوصيل‬ ‫فائقة‬ ‫والمولدات‬ ‫المحركات‬
‫األجهزة‬ ‫وزن‬ ‫ر‬ ‫ُش‬‫ع‬ ‫ى‬ ‫إل‬ ‫ل‬ ‫يص‬ ‫بوزن‬ ‫يل‬ ‫التوص‬ ‫ة‬ ‫فائق‬ ‫ومولدات‬ ‫محركات‬ ‫نيع‬ ‫تص‬ ‫ن‬ ‫ويمك‬
. .
‫ن‬‫إ‬ ‫صة‬ ‫المتخص‬ ‫بيقات‬‫للتط‬ ‫األجهزة‬ ‫هذه‬ ‫ل‬‫مث‬ ‫نع‬‫ص‬ ‫ة‬‫جاذبي‬ ‫و‬ ‫ه‬ ‫هذا‬ ‫الناتج‬ ‫س‬‫لنف‬ ‫ة‬‫التقليدي‬
‫ط‬ ‫مرتب‬ ‫ة‬ ‫الطاق‬ ‫ي‬ ‫ف‬ ‫ر‬ ‫توفي‬ ‫د‬ ‫يوج‬ ‫ال‬ ‫ك‬ ‫لذل‬ ،‫ل‬ ‫بالفع‬ ‫ة‬ ‫للغاي‬ ‫ة‬ ‫فعال‬ ‫والمولدات‬ ‫المحركات‬
.
‫ا‬ً‫د‬‫ج‬ ‫بيرة‬ ‫ك‬ ‫عة‬ ‫س‬ ‫ذات‬ ‫مولدات‬ ‫بناء‬ ‫ن‬ ‫الممك‬ ‫ن‬ ‫م‬ ‫يكون‬ ‫د‬ ‫ق‬ ‫يل‬ ‫التوص‬ ‫ق‬ ‫فائ‬ ‫س‬ ‫بالمغناطي‬
.‫التقليدية‬ ‫المولدات‬ ‫على‬ ‫ا‬ً‫د‬‫حدو‬ ‫الهيكلية‬ ‫القوة‬ ‫اعتبارات‬ ‫تضع‬ ‫حيث‬ ‫الطاقة‬ ‫لمحطات‬
3. Superconducting Magnetic Energy Storage
3
.
‫التوصيل‬ ‫فائقة‬ ‫المغناطيسية‬ ‫الطاقة‬ ‫تخزين‬
( ‫التوصيل‬ ‫فائقة‬ ‫المغناطيسية‬ ‫الطاقة‬ ‫تخزين‬ ‫يقوم‬
SMES
)
‫طويلة‬ ‫لفترات‬ ‫الكهرباء‬ ‫بتخزين‬
.‫التوصيل‬ ‫فائقة‬ ‫ملفات‬ ‫في‬ ‫الزمن‬ ‫من‬

9. 4
.
Superconductors in NMR Imaging
4
.
‫النووي‬ ‫المغناطيسي‬ ‫بالرنين‬ ‫التصوير‬ ‫في‬ ‫الفائقة‬ ‫الموصالت‬
‫ي‬‫المغناطيس‬ ‫ن‬‫بالرني‬ ‫وير‬‫التص‬ ‫ي‬‫ف‬ ‫ا‬ً‫ق‬‫تطبي‬ ‫يل‬‫التوص‬ ‫ة‬‫فائق‬ ‫ات‬‫المغناطيس‬ ‫د‬‫تج‬
(
MRI
. )
‫غرار‬ ‫على‬ ‫قوية‬ ‫مغناطيسية‬ ‫مجاالت‬ ‫إلى‬ ‫الحاجة‬ ‫جانب‬ ‫إلى‬ ‫اإلنسان‬ ‫لجسم‬
‫الموضوع‬ ‫بر‬‫ع‬ ‫ة‬‫للغاي‬ ‫موحدة‬ ‫مجاالت‬ ‫ي‬‫المغناطيس‬ ‫ن‬‫بالرني‬ ‫وير‬‫التص‬ ‫ب‬‫يتطل‬ ،‫ال‬‫تس‬
.
‫ي‬ ‫ف‬ ‫ية‬ ‫المغناطيس‬ ‫الملفات‬ ‫ى‬ ‫عل‬ ‫الحفاظ‬ ‫اعد‬ ‫يس‬ ‫الوقت‬ ‫بمرور‬ ‫ا‬ً‫د‬‫شدي‬ ‫ا‬ً‫تقرار‬ ‫واس‬
‫مساحة‬ ‫على‬ ‫المليون‬ ‫في‬ ‫ألجزاء‬ ‫خاص‬ ‫تجانس‬ ‫تحقيق‬ ‫على‬ ‫الفائق‬ ‫التوصيل‬ ‫حالة‬
/
‫مرور‬ ‫مع‬ ‫ساعة‬ ‫المليون‬ ‫في‬ ‫جزء‬ ‫واستقرار‬ ،‫ما‬ ‫شخص‬ ‫الستيعاب‬ ‫يكفي‬ ‫بما‬ ‫كبيرة‬
.‫الوقت‬

10. 5. Fault-Current Limiters
5
.
‫والخطأ‬ ‫التيار‬ ‫محددات‬
‫إزعاج‬ ‫در‬ ‫مص‬ ‫برق‬ ‫ال‬ ‫ضربات‬ ‫ن‬ ‫ع‬ ‫ة‬ ‫الناجم‬ ‫ة‬ ‫العالي‬ ‫دعية‬ ‫الص‬ ‫التيارات‬ ‫بر‬ ‫تعت‬
.
‫المدى‬ ‫على‬ ‫التطبيقات‬ ‫أحد‬ ‫يكون‬ ‫قد‬ ‫الكهربائية‬ ‫الطاقة‬ ‫شبكات‬ ‫في‬ ‫ومكلف‬ ‫مزعج‬
‫التيار‬ ‫محددات‬ ‫بناء‬ ‫و‬ ‫ه‬ ‫ة‬ ‫المرتفع‬ ‫الحرارة‬ ‫ة‬ ‫درج‬ ‫ذات‬ ‫ة‬ ‫الفائق‬ ‫الت‬ ‫للموص‬ ‫ب‬ ‫القري‬
‫د‬ ‫عن‬ ‫ل‬ ‫تعم‬ ‫ي‬ ‫الت‬ ‫ئ‬ ‫الخاط‬
77
.
‫جزء‬ ‫ى‬ ‫إل‬ ‫ل‬ ‫العط‬ ‫تيار‬ ‫ل‬ ‫تقلي‬ ‫ي‬ ‫ف‬ ‫ة‬‫الحاج‬ ‫ل‬ ‫تتمث‬ ‫كلفن‬
( ‫دورة‬ ‫من‬ ‫أقل‬ ‫في‬ ‫القصوى‬ ‫قيمته‬ ‫من‬ ‫صغير‬
1/60
.)‫ثانية‬
6. Magnetically Levitated Trains
6
.
ً‫مغناطيسيا‬ ‫المرفوعة‬ ‫القطارات‬
‫المرفوعة‬ ‫القطارات‬ ‫هو‬ ‫ا‬ً‫ع‬‫ورائ‬ ‫شهرة‬ ‫األكثر‬ ‫الفائقة‬ ‫الموصلية‬ ‫اختراع‬ ‫يكون‬ ‫ربما‬
." "
‫عجالت‬ ‫ى‬ ‫عل‬ ‫تحتوي‬ ‫ال‬ ‫ف‬ ‫ماجلي‬ ‫قطارات‬ ‫ف‬ ‫ماجلي‬ ‫قطارات‬ ‫و‬ ‫أ‬ ،‫ا‬ً‫ي‬ ‫مغناطيس‬
.
‫لوك‬ ‫الس‬ ‫بب‬ ‫بس‬ ‫ي‬ ‫مغناطيس‬ ‫مجال‬ ‫ى‬ ‫عل‬ ‫مت‬ ‫بص‬ ‫القطارات‬ ‫و‬ ‫تطف‬ ‫واحتكاك‬
.‫المغناطيسي‬

11. Cryocoolers for Superconducting Generators

‫خالل‬ ‫ن‬ ‫م‬ ‫يل‬‫التوص‬ ‫ة‬ ‫فائق‬ ‫المولدات‬ ‫ل‬ ‫تشغي‬ ‫ي‬‫ف‬ ‫ا‬ً‫م‬‫حاس‬ ‫ا‬ً‫دور‬ ‫بردة‬ ‫الم‬ ‫بردات‬ ‫الم‬ ‫ب‬ ‫تلع‬
.‫المطلوبة‬ ‫المنخفضة‬ ‫الحرارة‬ ‫درجات‬ ‫عند‬ ‫التوصيل‬ ‫فائقة‬ ‫المواد‬ ‫على‬ ‫الحفاظ‬

،‫الملفات‬ ‫و‬ ‫أ‬ ‫الك‬ ‫األس‬ ‫ل‬ ‫مث‬ ،‫يل‬ ‫التوص‬ ‫ة‬ ‫فائق‬ ‫مواد‬ ‫يل‬ ‫التوص‬ ‫ة‬ ‫فائق‬ ‫المولدات‬ ‫تخدم‬ ‫تس‬
.
‫درجات‬ ‫ى‬ ‫إل‬ ‫المواد‬ ‫هذه‬ ‫د‬ ‫تبري‬ ‫ب‬ ‫يج‬ ‫ائر‬ ‫الخس‬ ‫ن‬ ‫م‬ ‫قدر‬ ‫ل‬ ‫بأق‬ ‫ا‬ ‫ونقله‬ ‫الكهرباء‬ ‫د‬ ‫لتولي‬
‫إلظهار‬ ،‫ة‬ ‫الحرج‬ ‫الحرارة‬ ‫درجات‬ ‫ن‬ ‫م‬ ‫ل‬ ‫أق‬ ‫تكون‬ ‫ا‬ ‫م‬ ً‫عادة‬ ،‫ة‬ ‫للغاي‬ ‫ة‬ ‫منخفض‬ ‫حرارة‬
.
‫ة‬‫المنخفض‬ ‫الحرارة‬ ‫درجات‬ ‫ق‬‫لتحقي‬ ‫بردات‬‫الم‬ ‫تخدام‬‫اس‬ ‫م‬‫يت‬ ‫الفائق‬ ‫يل‬‫التوص‬ ‫ائص‬‫خص‬
.‫عليها‬ ‫والحفاظ‬

12. 
:
‫ط‬ ‫ضغ‬ ‫ق‬ ‫طري‬ ‫ن‬ ‫ع‬ ‫يل‬ ‫التوص‬ ‫ة‬ ‫فائق‬ ‫المكونات‬ ‫ن‬ ‫م‬ ‫الحرارة‬ ‫ة‬ ‫إزال‬ ‫ى‬ ‫عل‬ ‫بردات‬ ‫الم‬ ‫ل‬ ‫تعم‬ ‫الحرارة‬ ‫ة‬ ‫إزال‬
.
‫المحيطة‬ ‫المناطق‬ ‫إلى‬ ‫الحرارة‬ ‫تبديد‬ ‫ذلك‬ ‫بعد‬ ‫يتم‬ ‫وتطلقها‬ ‫الحرارة‬ ‫تمتص‬ ‫يجعلها‬ ‫مما‬ ،‫الغازات‬ ‫وتوسيع‬
.‫األخرى‬ ‫التبريد‬ ‫آليات‬ ‫أو‬ ‫الحرارية‬ ‫المبادالت‬ ‫خالل‬ ‫من‬

:
‫المولدات‬ ‫ل‬ ‫لتشغي‬ ‫ة‬ ‫األهمي‬ ‫غ‬ ‫بال‬ ‫ا‬ً‫أمر‬ ‫وموثوق‬ ‫تقر‬ ‫مس‬ ‫د‬ ‫تبري‬ ‫ى‬ ‫عل‬ ‫الحفاظ‬ ‫د‬ ‫يع‬ ‫ة‬ ‫والموثوقي‬ ‫تقرار‬ ‫االس‬
.
‫مع‬ ‫مستمر‬ ‫بشكل‬ ‫والعمل‬ ‫الحرارة‬ ‫درجة‬ ‫في‬ ‫الدقيق‬ ‫التحكم‬ ‫لتوفير‬ ‫المبردات‬ ‫تصميم‬ ‫تم‬ ‫التوصيل‬ ‫فائقة‬
.‫التبريد‬ ‫نظام‬ ‫وموثوقية‬ ‫استقرار‬ ‫يضمن‬ ‫مما‬ ،‫الصيانة‬ ‫متطلبات‬ ‫من‬ ‫األدنى‬ ‫الحد‬

:
‫ة‬ ‫فائق‬ ‫المولدات‬ ‫ة‬ ‫أنظم‬ ‫ي‬ ‫ف‬ ‫ة‬ ‫المهم‬ ‫االعتبارات‬ ‫ن‬ ‫م‬ ‫بردات‬ ‫الم‬ ‫وأداء‬ ‫ة‬ ‫كفاء‬ ‫د‬ ‫تع‬ ‫واألداء‬ ‫ة‬ ‫الكفاء‬
.
،‫ى‬‫األقص‬ ‫د‬‫الح‬ ‫ى‬‫إل‬ ‫د‬‫التبري‬ ‫قدرة‬ ‫وزيادة‬ ‫ة‬‫الطاق‬ ‫تهالك‬‫اس‬ ‫ل‬‫تقلي‬ ‫ى‬‫عل‬ ‫ة‬‫الفعال‬ ‫بردات‬‫الم‬ ‫ل‬‫تعم‬ ‫يل‬‫التوص‬
.‫المولد‬ ‫لنظام‬ ‫العام‬ ‫األداء‬ ‫في‬ ‫يساهم‬ ‫مما‬

13. Types of cryocoolers
1. Gifford-McMahon (GM) Cryocoolers:
1
( - .
‫ماكماهون‬ ‫جيفورد‬ ‫مبردات‬
GM
:)
.‫ا‬ً‫م‬‫استخدا‬ ‫األنواع‬ ‫أكثر‬ ‫من‬ ‫واحدة‬ ‫ا‬ً‫وراثي‬ ‫المعدلة‬ ‫التبريد‬ ‫مبردات‬ ‫تعد‬
.‫ستيرلنغ‬ ‫دورة‬ ‫مبادئ‬ ‫أساس‬ ‫على‬ ‫تعمل‬ ‫أنها‬
‫من‬ ‫الحرارة‬ ‫درجات‬ ‫نطاق‬ ‫في‬ ‫التبريد‬ ‫المبردات‬ ‫هذه‬ ‫توفر‬ ‫ما‬ ً‫عادة‬
4
‫كلفن‬
‫إلى‬
100
.‫كلفن‬
‫وقدرة‬ ‫ة‬ ‫عالي‬ ‫ة‬ ‫موثوقي‬ ‫ب‬ ‫تتطل‬ ‫ي‬ ‫الت‬ ‫بيقات‬ ‫التط‬ ‫ي‬ ‫ف‬ ‫ا‬ً‫غالب‬ ‫تخدامها‬ ‫اس‬ ‫م‬ ‫يت‬
.‫معتدلة‬ ‫تبريد‬

14. 
‫من‬ ‫المبرد‬ ‫المبرد‬
GM
‫داخل‬ ‫للتحرك‬ ‫اإلزاحة‬ ‫جهاز‬ ‫تصنيع‬ ‫يتم‬ ‫حيث‬ ‫التردد‬ ‫منخفض‬ ‫جهاز‬ ‫هو‬
.
‫ه‬‫وخارج‬ ‫النظام‬ ‫ل‬‫داخ‬ ‫ى‬‫إل‬ ‫الهيليوم‬ ‫ل‬‫مث‬ ‫ل‬‫العم‬ ‫ع‬‫مائ‬ ‫ال‬‫إرس‬ ‫م‬‫يت‬ ‫آخر‬ ‫ى‬‫إل‬ ‫ع‬‫موق‬ ‫ن‬‫م‬ ‫كن‬‫الس‬
‫ب‬ ‫المناس‬ ‫ت‬ ‫التوقي‬ ‫ذات‬ ‫والخروج‬ ‫الدخول‬ ‫مامات‬ ‫ص‬ ‫تخدام‬ ‫باس‬ ‫ة‬ ‫ومنخفض‬ ‫ة‬ ‫عالي‬ ‫ضغوط‬ ‫د‬ ‫عن‬
.
‫م‬ ‫باس‬ ‫المعروف‬ ‫برد‬ ‫الم‬ ‫ن‬ ‫م‬ ‫ن‬ ‫معي‬ ‫جزء‬ ‫ي‬ ‫ف‬ ‫ة‬ ‫منخفض‬ ‫حرارة‬ ‫درجات‬ ‫إنتاج‬ ‫م‬ ‫يت‬ ‫التوالي‬ ‫ى‬ ‫عل‬
.‫البارد‬ ‫الرأس‬

‫من‬ ‫برد‬‫الم‬ ‫برد‬‫الم‬ ‫يحتوي‬
GM
‫ي‬‫العال‬ ‫ط‬‫الضغ‬ ‫مامات‬‫وص‬ ،‫ع‬‫الموس‬ ‫ن‬‫ع‬ ‫ل‬‫منفص‬ ‫ط‬‫ضاغ‬ ‫ى‬‫عل‬
‫بارد‬ ‫حراري‬ ‫ومبادل‬ ‫بالداخل‬ ‫المولد‬ ‫من‬ ‫طبقات‬ ‫مع‬ ‫وموزع‬ ،‫دوارة‬ ‫بكامة‬ ‫تعمل‬ ‫إما‬ ‫والمنخفض‬
‫الشكل‬ ‫في‬ ‫موضح‬ ‫هو‬ ‫كما‬
1
.
‫خالل‬ ‫من‬ ‫الموسع‬ ‫إلى‬ ‫الضاغط‬ ‫من‬ ‫الضغط‬ ‫عالي‬ ‫الغاز‬ ‫يتدفق‬
. .
‫اص‬ ‫امتص‬ ‫م‬ ‫يت‬ ‫بالماء‬ ‫برد‬ ‫م‬ ‫حراري‬ ‫مبادل‬ ‫ي‬ ‫ف‬ ‫ط‬ ‫الضاغ‬ ‫غاز‬ ‫د‬ ‫تبري‬ ‫م‬ ‫يت‬ ‫العالي‬ ‫ط‬ ‫الضغ‬ ‫مام‬ ‫ص‬
.
‫م‬ ‫ث‬ ‫الغاز‬ ‫حرارة‬ ‫ة‬ ‫درج‬ ‫ض‬ ‫وتخف‬ ‫ا‬ً‫اخن‬ ‫س‬ ‫بح‬ ‫ويص‬ ‫المجدد‬ ‫ي‬ ‫ف‬ ‫ط‬ ‫الضاغ‬ ‫لغاز‬ ‫الحراري‬ ‫المحتوى‬
.
‫ة‬ ‫اإلزاح‬ ‫جهاز‬ ‫يتحرك‬ ‫حرارته‬ ‫ة‬ ‫درج‬ ‫انخفاض‬ ‫ى‬ ‫إل‬ ‫يؤدي‬ ‫ا‬ ‫مم‬ ‫ع‬ ‫الموس‬ ‫ي‬ ‫ف‬ ‫للتمدد‬ ‫الغاز‬ ‫ع‬ ‫يخض‬
.
‫إنتاج‬ ‫يتم‬ ‫المنخفض‬ ‫الضغط‬ ‫صمام‬ ‫خالل‬ ‫من‬ ‫للخارج‬ ‫الغاز‬ ‫طرد‬ ‫ويتم‬ ‫األدنى‬ ‫الموضع‬ ‫عن‬ ‫ا‬ً‫د‬‫بعي‬
.‫الموسع‬ ‫من‬ ‫السفلي‬ ‫الطرف‬ ‫في‬ ‫التبريد‬ ‫تأثير‬

15. Figure 1. Schematic of a GM cryocooler [1]

16. 2. Pulse Tube Cryocoolers:

2
: .
‫النبضية‬ ‫األنبوبية‬ ‫المبردات‬

‫ل‬‫داخ‬ ‫الغاز‬ ‫ق‬‫تدف‬ ‫تذبذب‬ ‫مبدأ‬ ‫ى‬‫عل‬ ‫ة‬‫النبضي‬ ‫ة‬‫األنبوبي‬ ‫د‬‫التبري‬ ‫بردات‬‫م‬ ‫ل‬‫تعم‬
.‫مغلق‬ ‫أنبوب‬

‫ر‬ ‫أكث‬ ‫ا‬ ‫يجعله‬ ‫ا‬ ‫مم‬ ،‫البارد‬ ‫ب‬ ‫الجان‬ ‫ع‬ ‫م‬ ‫س‬ ‫تتالم‬ ‫ة‬ ‫متحرك‬ ‫أجزاء‬ ‫ى‬ ‫عل‬ ‫تحتوي‬ ‫ال‬
.‫الطويل‬ ‫المدى‬ ‫على‬ ‫للتشغيل‬ ‫مالءمة‬

‫حرارة‬ ‫درجات‬ ‫إلى‬ ‫تصل‬ ‫أن‬ ‫النبضي‬ ‫األنبوب‬ ‫ذات‬ ‫المبردة‬ ‫للمبردات‬ ‫يمكن‬
‫من‬ ‫أقل‬
4
.‫والطبية‬ ‫العلمية‬ ‫التطبيقات‬ ‫في‬ ‫تستخدم‬ ‫ما‬ ‫ا‬ً‫وغالب‬ ‫كلفن‬

17. Figure 2. Schematic of the double-inlet pulse tube refrigerator with inertance
tube[5]

18. Figure 3. Schematic of the pulse tube refrigerator[6]

19. 3. Stirling Cryocoolers:

3
: .
‫ستيرلينغ‬ ‫مبردات‬

‫ق‬ ‫لتحقي‬ ‫ة‬ ‫الحراري‬ ‫ة‬ ‫الديناميكي‬ ‫تيرلينغ‬ ‫س‬ ‫دورة‬ ‫تيرلينغ‬ ‫س‬ ‫بردات‬ ‫م‬ ‫تخدم‬ ‫تس‬
.‫التبريد‬

،‫الحرارة‬ ‫درجات‬ ‫ن‬ ‫م‬ ‫ع‬ ‫واس‬ ‫نطاق‬ ‫ي‬ ‫ف‬ ‫وموثوق‬ ‫فعال‬ ‫د‬ ‫تبري‬ ‫ر‬ ‫توفي‬ ‫ا‬ ‫يمكنه‬
.‫الغرفة‬ ‫حرارة‬ ‫درجة‬ ‫وحتى‬ ‫المبردة‬ ‫الحرارة‬ ‫درجة‬ ‫من‬ ‫ًا‬‫ء‬‫بد‬

‫التبريد‬ ‫مبردات‬ ‫استخدام‬ ‫يتم‬ ‫ما‬ ‫ا‬ً‫غالب‬
Stirling
‫تتطلب‬ ‫التي‬ ‫التطبيقات‬ ‫في‬
.‫العالية‬ ‫والكفاءة‬ ‫الحرارة‬ ‫درجة‬ ‫في‬ ‫الدقيق‬ ‫التحكم‬

20. 
‫ة‬ ‫ديناميكي‬ ‫دورة‬ ‫ي‬ ‫ه‬ ‫تيرلينغ‬ ‫س‬ ‫دورة‬
‫ط‬ ‫الضغ‬ ‫مبادئ‬ ‫ى‬ ‫عل‬ ‫ل‬ ‫تعم‬ ‫ة‬ ‫حراري‬
) (
‫غاز‬ ً‫عادة‬ ‫ل‬ ‫العم‬ ‫ائل‬ ‫لس‬ ‫والتمدد‬
.‫التسخين‬ ‫أو‬ ‫التبريد‬ ‫لتحقيق‬

:‫اسية‬ ‫أس‬ ‫عمليات‬ ‫ع‬ ‫أرب‬ ‫ن‬ ‫م‬ ‫وتتكون‬
،‫والتمدد‬ ،‫الحرارة‬ ‫ض‬ ‫ورف‬ ،‫ط‬ ‫الضغ‬
.‫الحرارة‬ ‫وامتصاص‬
Figure 4. P-V diagram of the Stirling cycle [7]

22. 4. Adiabatic Demagnetization Refrigerators (ADR):

4
( .
‫األدياباتيكية‬ ‫المغناطيسية‬ ‫إزالة‬ ‫ثالجات‬
ADR
:)

ADRs
‫ي‬ ‫المغناطيس‬ ‫الحراري‬ ‫ر‬ ‫التأثي‬ ‫تغل‬ ‫تس‬ ‫باردة‬ ‫بردات‬ ‫م‬ ‫ن‬ ‫ع‬ ‫عبارة‬
‫من‬ ‫أقل‬ ً‫ة‬‫عاد‬ ،‫ا‬ً‫د‬‫ج‬ ‫منخفضة‬ ‫حرارة‬ ‫درجات‬ ‫لتحقيق‬
1
.‫كلفن‬

‫ة‬ ‫الفضائي‬ ‫والبعثات‬ ‫األبحاث‬ ‫برات‬ ‫مخت‬ ‫ي‬ ‫ف‬ ‫ع‬ ‫شائ‬ ‫ل‬ ‫بشك‬ ‫تخدامها‬ ‫اس‬ ‫م‬ ‫يت‬
.‫الكشف‬ ‫وأجهزة‬ ‫العلمية‬ ‫األجهزة‬ ‫لتبريد‬

23. Figure 5. P-V diagram of the Stirling cycle

24. 5. Joule-Thomson Cryocoolers:

5
: .
‫طومسون‬ ‫جول‬ ‫مبردات‬

‫ث‬ ‫حي‬ ،‫ون‬ ‫طومس‬ ‫جول‬ ‫ر‬ ‫تأثي‬ ‫اس‬ ‫أس‬ ‫ى‬ ‫عل‬ ‫ون‬ ‫طومس‬ ‫جول‬ ‫بردات‬ ‫م‬ ‫ل‬ ‫تعم‬
.‫االختناق‬ ‫صمام‬ ‫خالل‬ ‫من‬ ‫التمدد‬ ‫عند‬ ‫التسخين‬ ‫أو‬ ‫للتبريد‬ ‫الغاز‬ ‫يخضع‬

‫تستخدم‬ ‫ما‬ ‫ا‬ً‫وغالب‬ ‫التبريد‬ ‫مستويات‬ ‫إلى‬ ‫تصل‬ ‫حرارة‬ ‫درجات‬ ‫تحقيق‬ ‫يمكنها‬
.‫العلمية‬ ‫للتجارب‬ ‫التبريد‬ ‫توفير‬ ‫أو‬ ‫الغازات‬ ‫تسييل‬ ‫مثل‬ ‫تطبيقات‬ ‫في‬

25. Figure 6. A schematic view of a Dewar-Detector-Cooler Assembly (DDCA)[7]

26. References
1. Tamada, D., Nakamura, T., Itoh, Y., & Kose, K. (2013). Experimental evaluation of the
magnetization process in a high Tc bulk superconducting magnet using magnetic
resonance imaging. Physica C: Superconductivity, 492, 174-177
2. Thomas, H., Marian, A., Chervyakov, A., Stückrad, S., Salmieri, D., & Rubbia, C. (2016).
Superconducting transmission lines–Sustainable electric energy transfer with higher
public acceptance?. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 55, 59-72.
3. Imura, J., Shinoki, S., Sato, T., Iwata, N., Yamamoto, H., Yasohama, K., ... & Hirano, N.
(2007). Development of high capacity Stirling type pulse tube cryocooler. Physica C:
Superconductivity and its applications, 463, 1369-1371.
4. Panda, D., Sarangi, S. K., & Satapathy, A. K. (2019). Influence of characteristics of flow
control valves on the cooling performance of a GM cryocooler. Vacuum, 168, 108836
5. Radebaugh, R. (2000). Development of the pulse tube refrigerator as an efficient and
reliable cryocooler. Proc. Institute of Refrigeration (London), 1999, 00.
6. D’Addario, L. (2017). Advanced Cryocoolers For Next Generation VLA (No. 24). ngVLA
Memo.
7. Tzabar, N., & Kaplansky, A. (2012). A Numerical Cool-Down Analysis for Joule-Thomson
Cryocoolers. Cryocoolers, 17, 415-424.
8. Vikas, R., & Kasthurirengan, S. (2020, February). Recent advances in gifford-mcmahon
cryocoolers. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 1473, No. 1, p. 012052). IOP
Publishing.