بحران خاورمیانه و کمبود هلیوم، استراتژی توسعه فناوریهای پردازشی و فضایی را تغییر داد
بازارهای جهانی معاملات کالا طی هفتههای اخیر نوسان قابل توجهی را در قراردادهای کوتاهمدت تجربه کردهاند. خریداران عمده برای تأمین گاز مورد نیاز سیستمهای خنککننده وارد رقابت شدهاند و در نتیجه قیمتهای پیشنهادی در بازار آزاد تا حدود ۴۰۰ دلار برای هر هزار فوت مکعب افزایش یافته است. در واکنش به این فشار قیمتی، مدیران کارخانههای تولید تراشه بخشی از بودجههای تحقیق و توسعه را به طراحی محفظههای مداربسته و سامانههای بازیافت گاز اختصاص دادهاند تا از توقف فرآیندهای حساس لیتوگرافی جلوگیری کنند.
تغییر رویکرد در اقتصاد کارخانههای تراشهسازی
تا پیش از ماه مارس و شروع جنگ، قراردادهای بلندمدت تأمین گاز حاشیه سود قابل پیشبینی برای کارخانههای قطعهسازی ایجاد میکردند. با این حال دریافت نامههای فورسماژور از سوی تأمینکنندگان و تعطیلی تاسیسات راسلفان در قطر باعث شده بسیاری از تولیدکنندگان برای جبران کمبودها به بازار واسطهها مراجعه کنند. اختلاف قابل توجه میان قیمتهای قراردادی گذشته و نرخهای فعلی بازار اکنون هزینه تمامشده تولید ویفرهای سیلیکونی را افزایش داده است.
از نظر فنی نیز بسیاری از خطوط تولید نیمههادی بر اساس مدل مصرف خطی طراحی شده بودند. در این مدل، هلیوم به عنوان گاز حامل و تنظیمکننده حرارت به محفظههای واکنش تزریق میشد و پس از پایان فرآیند بدون بازیافت به جو رها میگردید. پایین بودن قیمت هلیوم در دهههای گذشته باعث شده بود سرمایهگذاری در واحدهای بازیافت توجیه اقتصادی چندانی نداشته باشد. اما با تغییر شرایط بازار، شرکتهای سازنده تجهیزات صنعتی رویکرد خود را تغییر دادهاند.
در طراحی نسل جدید ماشینآلات تولید تراشه، سامانههای بازیابی هلیوم بهعنوان یک بخش استاندارد در نظر گرفته میشود. این سیستمها با استفاده از کمپرسورهای جمعآوری گاز و فیلتراسیون برودتی میتوانند ناخالصیها را حذف کرده و تا حدود ۸۵ درصد هلیوم مصرفشده را دوباره به چرخه تولید بازگردانند. بر اساس مدلهای مالی جدید، سرمایهگذاری در چنین تجهیزاتی میتواند در کمتر از سه سال بازگشت سرمایه داشته باشد.
چالش سیستمهای پردازش کوانتومی
رایانههای کوانتومی برای حفظ پایداری کیوبیتها به دماهایی نزدیک به صفر مطلق نیاز دارند. برای دستیابی به این شرایط، سیستمهای تبرید رقیقکننده از ترکیب ایزوتوپهای هلیوم‑۳ و هلیوم‑۴ استفاده میکنند. انتقال فاز میان این دو ایزوتوپ توان سرمایشی لازم برای حذف نویزهای حرارتی از مدارهای کوانتومی را فراهم میکند.
با این حال تأمین هلیوم‑۳ در بازار جهانی همواره محدود بوده است و اکنون کاهش عرضه هلیوم‑۴ نیز فشار مضاعفی بر آزمایشگاههای فیزیک وارد کرده است. در نتیجه راهاندازی سامانههای جدید شبیهساز کوانتومی در برخی مراکز تحقیقاتی با تأخیر مواجه شده است. پژوهشگران سختافزار کوانتومی در حال آزمایش روشهای جایگزینی مانند خنککنندههای حالت جامد یا معماریهای مبتنی بر تلههای یونی هستند، اما جایگزینی کامل چرخه هلیوم در مقیاس تجاری همچنان مستلزم تغییرات بنیادین در معماری پردازندههای کوانتومی است.
در چنین شرایطی برخی مؤسسات تحقیقاتی ناچار به سهمیهبندی منابع شدهاند. دستگاههای تبرید در بسیاری از دانشگاهها تنها برای پروژههای اولویتدار فعال میشوند و زمان انتظار برای اجرای الگوریتمها روی سختافزار واقعی افزایش یافته است. همین مسئله توسعهدهندگان الگوریتم را به استفاده گستردهتر از شبیهسازهای نرمافزاری مبتنی بر پردازندههای کلاسیک سوق داده است.
توقف برنامههای پرتاب فضایی
هلیوم همچنین نقش حیاتی در صنعت پرتابهای فضایی دارد. این گاز برای کنترل فشار مخازن سوخت و پاکسازی خطوط انتقال در موشکها استفاده میشود و به دلیل وزن کم و واکنشناپذیری، گزینهای ایمن برای کار در مجاورت اکسیژن مایع و هیدروژن محسوب میشود. در طول پرواز نیز تزریق مداوم هلیوم به مخازن سوخت به حفظ فشار داخلی و یکپارچگی ساختاری بدنه موشک کمک میکند.
با بروز اختلال در زنجیره تأمین، سازندگان پرتابگرهای مداری ناچار شدهاند زمانبندی مأموریتهای خود را بازنگری کنند. تأخیر در دریافت ایزوتانکهای حامل هلیوم باعث جابهجایی پنجرههای پرتاب شده و برخی مشتریان ماهوارههای تجاری را با جریمههای دیرکرد مواجه کرده است. در پاسخ به این شرایط، مهندسان پیشرانش فضایی در حال بررسی استفاده از نیتروژن در بخشهایی از سیستمهای پنوماتیک موشکها هستند.
با این حال استفاده از نیتروژن چالشهای فنی خاص خود را دارد. این گاز در دماهای بسیار پایین رفتار متفاوتی از خود نشان میدهد و میتواند خطر یخزدگی در شیرهای کنترل فشار را افزایش دهد. به همین دلیل جایگزینی آن مستلزم طراحی مجدد اورینگها، نصب گرمکنهای خطوط لوله و انجام مجموعهای از آزمایشهای استاتیک است. تا زمان تکمیل این مراحل تأیید ایمنی، برنامههای فضایی همچنان وابسته به تأمین پایدار هلیوم باقی خواهند ماند.
پایان دوران ذخایر استراتژیک و آغاز اکتشافات مستقل
در همین زمان، ذخیره ملی هلیوم تگزاس که برای دههها نقش تنظیمکننده بازار را ایفا میکرد، در مسیر خصوصیسازی و تخلیه قرار گرفته است. پایان فعالیت این انبار استراتژیک همزمان با اختلالات اخیر عرضه، سرمایهگذاران را به سمت پروژههای اکتشاف مستقل سوق داده است.
تا پیش از این، هلیوم عمدتاً بهعنوان محصول جانبی در پالایش گاز طبیعی استخراج میشد. اکنون زمینشناسان توجه خود را به ساختارهای سنگی غنی از اورانیوم و توریوم معطوف کردهاند. واپاشی رادیواکتیو این عناصر در اعماق پوسته زمین ذرات آلفا تولید میکند که پس از جذب الکترون به اتمهای هلیوم تبدیل میشوند. این گاز میتواند در زیر لایههای نفوذناپذیر سنگی تجمع یابد و حفاریهای هدفمند امکان استخراج مستقیم آن را بدون نیاز به تولید سوختهای فسیلی فراهم کند.
عملیات حفاری اکتشافی هلیوم در تانزانیا؛ پروژهای که با هدف شناسایی ذخایر مستقل هلیوم در شرق آفریقا دنبال میشود.
شرکتهای اکتشافی در مناطقی مانند تانزانیا، گرینلند و ایالت مینهسوتا پروژههای لرزهنگاری سهبعدی را آغاز کردهاند. دادههای اولیه از برخی چاههای آزمایشی نشان میدهد غلظت هلیوم در این مخازن گاهی به بیش از ۱۰ درصد میرسد؛ در حالی که در میادین معمول گاز طبیعی این رقم اغلب کمتر از ۱ درصد است. چنین غلظتهایی میتواند هزینه فرآیند جداسازی و تصفیه را به شکل قابل توجهی کاهش دهد.
تطبیق زیرساختهای فناوری با واقعیتهای زمینشناسی
تحلیلهای جدید در حوزه لجستیک نشان میدهد زنجیره تأمین گازهای صنعتی در حال گذار از ساختاری متمرکز به شبکهای توزیعشده است. وابستگی طولانیمدت صنایع پیشرفته به چند نقطه محدود تأمین، آسیبپذیری زیرساختهای دیجیتال را آشکار کرده است. در نتیجه بسیاری از طراحان مراکز داده و کارخانههای تراشهسازی اکنون استراتژی محلیسازی منابع را در برنامههای توسعه خود قرار دادهاند.
همزمان توسعهدهندگان فناوریهای تبرید سرمایهگذاری قابل توجهی روی کرایوکولرهای بدون نیاز به شارژ مجدد گاز انجام میدهند. سامانههای ترموآکوستیک و خنککنندههای مغناطیسی نیز به عنوان راهکارهای نوظهور در کنفرانسهای مهندسی سختافزار معرفی شدهاند. در صورت تجاریسازی موفق این فناوریها، وابستگی صنایع پیشرفته به استخراج زیرزمینی هلیوم میتواند تا حد زیادی کاهش یابد.
سرمایهگذاری در چرخههای بسته و منابع مستقل البته ساختار هزینههای اولیه تولید سختافزار را تغییر خواهد داد. عبور از این دوره نیازمند همکاری نزدیک میان تأمینکنندگان گاز، سازندگان تجهیزات صنعتی و توسعهدهندگان سختافزار است. با این حال انتظار میرود در پایان این فرآیند تطبیق، بازار فناوری به زیرساختهایی دست یابد که در برابر شوکهای ژئوپلیتیک و اختلالات لجستیکی مقاومت بیشتری دارند.
انتهای پیام/
