1.Nesil TÜBİTAK UME Fluxgate Manyetometre ve Örnek Uygulama

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