Ответы по веществу: синхротронные исследования помогут создать материалы будущего
- Статьи
- Наука и техника
- Ответы по веществу: синхротронные исследования помогут создать материалы будущего
Ускорители частиц класса мегасайенс дают возможность изучать и проектировать материалы на атомарном уровне. Такие разработки закладывают основу для развития природоподобных технологий, рассказал президент НИЦ «Курчатовский институт» Михаил Ковальчук. Эти вопросы обсудили на форуме «Исследования с применением синхротронного излучения, нейтронов и электронов». На протяжении четырех дней форума ученые делились опытом того, как мегаустановки помогают создавать аккумуляторы для телефонов, «умные» реагенты для подземной переработки нефти, лопатки для турбин авиационных двигателей и компоненты для передовой микроэлектроники.
Зачем нужны установки класса мегасайенс
В Москве подвели итоги III Курчатовского форума «Исследования с применением синхротронного излучения, нейтронов и электронов». Он проходил с 21 по 24 октября в Доме ученых имени А.П. Александрова. Мероприятие состоялось в рамках Форума природоподобных технологий, организованного Национальным исследовательским центром «Курчатовский институт».
— В нашей стране реализуют масштабную программу по созданию и модернизации передовых научных установок класса мегасайенс — сверхмощных и дорогостоящих комплексов, которые позволяют изучать и проектировать материалы на атомарном уровне. Это универсальные инструменты, с помощью которых ученые реализуют широкий набор высокочувствительных исследовательских методов. Такие установки используют для изучения микроструктуры материалов, живых тканей, лекарственных молекул и других веществ, — рассказал на пленарной сессии президент НИЦ «Курчатовский институт» Михаил Ковальчук.
По его словам, отечественные специалисты занимают ведущие позиции в мире в разработке подобных комплексов. Во многом благодаря им наша страна добивается стратегического превосходства в ключевых высокотехнологичных сферах.
— Синхротронные и нейтронные исследования — важный инструмент для формирования научно-технологического базиса биоэкономики. Эти методы позволяют в деталях увидеть, как устроены системы и процессы окружающего мира. В свою очередь понимание механизмов работы живых систем открывает прямой путь к созданию природоподобных технологий, — сообщил заместитель директора по проектам мегасайенс НИЦ «Курчатовский институт» Никита Марченков.
Он пояснил, что сегодня в составе института действует целый ряд мегаустановок. Среди них «КИСИ-Курчатов» — единственный специализированный источник синхротронного излучения на постсоветском пространстве, а также самый мощный в мире научно-исследовательский реакторный комплекс «ПИК», который генерирует нейтроны. Он расположен в Гатчине на территории Петербургского института ядерной физики имени Б.П. Константинова, входящего в состав Курчатовского института.
Как ученые применяют синхротронные и нейтронные исследования
Курчатовский форум проходит ежегодно. Эта площадка позволяет обмениваться опытом и объединять усилия ведущих ученых страны, которые проводят исследования с помощью мегасайенс-установок. На форуме работа специалистов была разделена на десять тематических секций.
В частности, ученые обсудили перспективы применения рентгеновского излучения для изучения материалов с полезными свойствами и специфику структурных исследований биологических систем. В отдельную секцию были выделены вопросы экологии и химии радиоактивных веществ. Большое внимание исследователи уделили обсуждению возможностей вычислительными методами предсказывать строение и поведение веществ. Кроме того, участники рассмотрели аппаратно-методические аспекты синхротронных и нейтронных экспериментов.
— Среди разработок, ставших возможными благодаря нашим установкам, можно отметить новые металлокерамические материалы, которые используют для изготовления лопаток турбин авиадвигателей. Это одни из самых нагруженных деталей в современной технике. Их эксплуатируют в условиях колоссальных температур, агрессивной химической среды, высоких скоростей и вибраций. Синхротронные исследования помогли изучить внутреннюю структуру материала и добиться оптимальных параметров. Сейчас эти материалы уже внедряют в производство авиадвигателей, — поделился Никита Марченков.
Кроме того, мегаустановки помогают создавать катализаторы для химической промышленности, «умные» реагенты для подземной переработки нефти, компоненты для передовой микроэлектроники и другие высокотехнологичные разработки, добавил он.
— Наша группа исследует материалы для металл-ионных аккумуляторов. Это системы, в которых для накопления энергии используют ионы щелочных металлов, например лития или натрия. При заряде и разряде в материале происходят структурные изменения, которые напрямую влияют на свойства аккумулятора. Если мы понимаем, как протекают эти превращения и каков их механизм, мы можем влиять на конечные характеристики устройств и улучшать их. Как раз синхротронные методы позволяют с высокой точностью исследовать эти процессы, — рассказал «Известиям» один из участников форума, доцент центра энергетических технологий Сколковского института науки и технологий Станислав Федоров.
По его словам, усилия группы направлены на разработку как литий-ионных аккумуляторов для новой портативной электроники, так и для крупногабаритных натрий-ионных систем. Такие приборы могут служить устройствами для резервирования энергии в линиях энергопередачи. Они позволят создавать запасы энергоресурсов во время минимума потребления электричества и увеличивать их расход во время пиков, что сократит потери и снизит стоимость электроэнергии.
Помимо работы секций на форуме прошла школа молодых ученых «Современные подходы к созданию детекторных материалов». Работа школы была нацелена на объединение усилий научной молодежи для поиска путей создания отечественных технологий детектирования рентгеновского излучения и нейтронов.
Завершился форум обсуждением программы развития российской инфраструктуры класса мегасайенс. По указу президента РФ и под научным руководством НИЦ «Курчатовский институт» создается одна из лучших в мире сетей мегаустановок в разных регионах России. Эта уникальная исследовательская инфраструктура призвана стать базой для развития национальной безопасности и технологической независимости нашей страны на десятилетия вперед.
