Наука и техника: прошлое и настоящее

Новости

НА ЛУНУ ЗАБРОСЯТ АЙСБЕРГИ

Гениально простой способ обеспечения будущих лунных станций водой предложили американские учёные. Мол, там и так полно кратеров, давайте обстреливать Селену ледяными глыбами. Идея принадлежит А.Штерну – исполнительному директору департамента космических наук и инжиниринга Юго-Западного исследовательского института (США). В последнее время  много говорят о лунном льде, который, вероятно, можно найти на дне вечно затенённых кратеров на южном полюсе нашего естественного спутника. Ранее нашли на Луне «подпись» водорода, который может оказаться частью водяного льда, а теперь собираются послать туда ещё два космических аппарата для поиска воды. А если воду найти не удастся или добывать её окажется крайне сложно и дорого? Штерн предлагает существующими ракетами-носителями просто забрасывать в точно определённые точки Луны ледяные глыбы. Колонисты должны будут лишь перегрузить куски льда на свой «грузовик», доставить на базу и делать из него и воду для питья, и кислород для дыхания, и водородное топливо для ракет. Такой способ поставки воды на Селену должен быть относительно дёшев. Идеальной ракетой была бы Atlas V – она может обеспечить нужную точность «бомбометания». На пути от Земли к Луне куску льда не потребуются коррекции орбиты, а на финальном участке не потребуетcя очень уж мягкая посадка. Главное, чтобы он не зарылся при ударе слишком глубоко. Но скорее кучу обломков разбросает на некоторой площади, которую вполне можно обойти пешком или объехать на лунном «авто». Кусок льда нужно будет лишь обеспечить теплоизоляцией для защиты от солнечных лучей во время подготовки к старту и собственно перелёта. Такие поставки можно выполнять оперативно, по требованию. Нужно лишь держать наготове несколько ракет. А уж нацелить их в нужную точку Луны — дело техники. Учёные высчитали, что при жёстком падении глыбы льда на поверхность Луны испарится лишь 15% массы посылки, но полученная вода будет гарантированно чистой. Кстати,  проект этот назван «Хлопо 1 к» (SLAM). И не напрасно: хлопок по Луне выйдет очень приличным. А это позволит попутно решить ещё и научные задачи. Ведь искусственный метеорит известной массы, прочности и скорости – это тарированный ударник для проверки свойств лунной поверхности. Кратеры от падения земных посылок в тех или иных местах спутника можно будет ещё долго изучать. И это не всё. Остатки льда в кратере могут рассказать учёным о «выживании» и перемещении водяных молекул в лунных условиях. За испарившейся под действием лучей Солнца водой можно будет пронаблюдать со спутников.

Sciencer.ru. Август 2008

ОЧЕНЬ СИЛЬНЫЕ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ

Последние теоретические и экспериментальные исследования физиков указывают на то, что недавно открытые высокотемпературные сверхпроводники с общей формулой ReFeAsO, не исключено, могут использоваться в устройствах для создания постоянных сильных  магнитных полей вплоть до 300 Тл. В 1957 г. советский учёный А.А.Абрикосов разработал критерий деления сверхпроводников на две группы: 1-го и 2-го рода. К первым относятся все чистые элементы, кроме ванадия и ниобия, которые наряду со сплавами и интерметаллическими соединениями относят ко вторым. Их важным отличием от сверхпроводников 1-го рода является  поведение в магнитном поле: до некоторого значения B _c1 магнитное поле не проникает внутрь сверхпроводника (эффект Мейснера), при дальнейшем увеличении поля до некоторого значения B _c2 оно проникает в сверхпроводник в виде «нитей» с кольцевыми токами (вихрями абрикосова ), яв ляющимися несверхпроводящими областями и несущими в себе квант магнитного потока Ф₀ .

По мере увеличения поля вихри постепенно заполняют весь сверхпроводник. Условно говоря, в образце одновременно сосуществуют сверхпроводящие и нормальные области, чем ближе магнитное поле к B _c2, тем больше нормальных областей. Такое состояние сверхпроводника называют резистивным ( смешанным , фазой Шубникова ). Несмотря на наличие нормальных областей, в целом образец остаётся сверхпроводящим, т.е. по-прежнему проводит ток без сопротивления. Когда же значение магнитного поля достигает B _c2 , сверхпроводимость полностью разрушается.

Величины B _c1 и B _c2 называют первым ( нижним ) и вторым ( верхним ) критическим полем сверхпроводника. Как правило, значение B _c1  составляет сотые доли тесла (у Земли магнитное поле приблизительно равно 0,0005 Тл), зато B _c2 достигает нескольких тесла. Это позволяет на практике использовать сверхпроводники второго рода как важный элемент конструкции магнитов для создания постоянных сильных полей, не превышающих значение B _c2 . Достаточно «запустить» в сверхпроводящую обмотку ток, и создаваемое этой обмоткой поле не будет уменьшаться.

Каково же значение B _c2 для ReFeAsO? Как показали учёные из Австралии и Ирана, у образца состава LaFeAsO_0.82 F _0.18 – около 300 Тл! В настоящее время  сверхпроводящие магниты создают поля не более 26 Тл. А арсенид-железные сверхпроводники могут создавать в 10раз сильнее! Сейчас такие поля генерируются лишь в импульсном режиме  на время порядка микросекунд. Создание постоянных магнитов с такими значениями магнитной индукции несомненно найдёт применение в разнообразных научных исследованиях, например, в ускорителях заряженных частиц, а также для моделирования процессов внутри звёзд, магнитного охлаждения и т.д.

Остаётся открытым вопрос о механической устойчивости этих магнитов, ведь огромные поля способны запросто деформировать конструкцию магнита вследствие силы Ампера, действующей на проводник с током в магнитном поле. Давление магнитного поля квадратично зависит от его индукции: если при В = 1 Тл давление равно 4 атм, то  при 100 Тл  давление увеличится до 40 000 атм. Сможет ли выдержать такую нагрузку конструкция? Последнее слово останется за технологами.

Elementy.ru.  08.06.2008

 

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СУПЕРПУШКА?

Директор физического института им. П.Н.Лебедева, академик Геннадий Месяц: «Прибор генерирует энергию огромной мощности – до нескольких миллиардов ватт. Сам импульс очень короткий, что делает возможным сооружение приборов малого размера, которые могут поместиться на письменном столе». В Екатеринбурге уже построены два образца, в десять раз более мощных зарубежных ана-

логов. Прибор может стать причиной новой научно-технической революции с применением в самых разных отраслях, однако первыми потребителями станут скорее всего военные. Новый прибор невозможно сфотографировать или заснять на видео в действии – он немедленно выводит все окружающие его электроприборы из строя. Никто ещё даже не пытался изучить последствия воздействия электромагнитного излучения такой силы на живые организмы. Учёные вынуждены экранировать  всю электронику, включая компьютеры и сотовые телефоны. Первое применение лазерных ускорителей будет медицинским.

MIGnews.com. 10.09.2008  

ИНСТРУМЕНТЫ С НАНОПОКРЫТИЕМ

1 сентября российская корпорация нанотехнологий («Роснано») утвердила проект предприятия по производству металлорежущего инструмента с наноструктурированным покрытием. Реализация проекта потребует инвестиций в размере 1 млрд рублей. Предприятие будет находиться в г. Рыбинске Ярославской области на производственной площадке НПО «Сатурн» и выпускать в основном твердосплавный инструмент для обработки деталей авиадвигателей, а также для машиностроительных предприятий. Технология нанесения наноструктурированных покрытий на инструмент была разработана в Курчатовском институте в рамках федеральной целевой программы. Такие покрытия повышают износостойкость инструмента, увеличивают срок его службы, а также позволяют подрабатывать и повторно использовать инструмент до двенадцати раз. В сравнении с инструментом без покрытия, объём снимаемого металла увеличивается в  2–2,5 раза, а стойкость между переточками и скорость резания возрастает в 1,5–2 раза. Сегодня объём российского рынка металлорежущего инструмента относительно мал по сравнению с мировым. В 2007 г. объём продаж металлорежущего инструмента внутри России составил 444 млн долларов, в то время как мировой показатель в этот период достиг 14 млрд долларов. По прогнозам, в 2007–2010 гг. потребление металлорежущего инструмента в РФ будет увеличиваться на 10% в год, в то время как в мире – на 6% в год.

Новости Компьюленты. 03.09.2008

ПРОТОННАЯ ТЕРАПИЯ

Ускорители элементарных частиц используются не только в фундаментальной науке, но и в медицине. Одно из применений — протонная терапия онкозаболеваний, т.е. радиационное воздействие на опухоль с помощью пучка протонов (а иногда даже и тяжёлых ионов). Суть методики в следующем. Протоны разгоняют в ускорителе и тонким пучком направляют на опухоль. Проходя сквозь вещество, протоны постепенно теряют свою энергию и останавливаются, причём их энерговыделение резко усиливается на последних миллиметрах пути. Зная глубину залегания опухоли, можно подобрать энергию пучка так, чтобы эти последние миллиметры попали как раз внутрь неё. В результате опухоль получает гораздо большую дозу облучения, чем окружающие её здоровые ткани, что выгодно отличает эту методику от обычной радиотерапии рентгеновскими лучами. Она была предложена очень давно, но не получила широкого распространения. Ее применяют сейчас около 30 клиник и исследовательских центров в мире, а полное число пациентов – лишь 50 тысяч. Главная причина такой ситуации — дороговизна аппаратуры. Это не только стоимость самого ускорителя протонов, но и оборудование специального ускорительного зала размером в десятки метров с высокой степенью радиационной защиты, а также создание линии транспортировки протонного пучка из ускорителя в операционный кабинет — опять же в соответствие со всеми требованиями безопасности. В результате только достаточно богатые клиники или исследовательские центры могут раскошелиться на такую установку.

Несколько лет назад вдруг выяснилось, что эту ситуацию можно резко изменить. Исследования по физике лазеров (казалось бы, совсем другой раздел физики!) привели к идее лазерного ускорителя протонов. Суть методики такова. Короткий, но очень мощный лазерный импульс, сфокусированный на тонкую мишень, порождает в фокусе маленькое облачко плазмы, а затем буквально сдувает его вперёд. Далее с помощью магнитного поля протоны в этом потоке можно отделить от других ядер и от электронов. Так повторяется раз за разом (каждый раз под лазерный импульс подставляется новый участок мишени), и на выходе получается импульсный протонный пучок. Самое важное, что ускорение частиц до энергий в десятки мегаэлектрон-вольт происходит на длине всего в несколько микрон, т.е. в миллион раз эффективнее, чем в обычных ускорителях!

Лазерная технология ускорения позволяет одним махом избавиться от ряда проблем, сопутствующих обычным ускорителям. Во-первых, из дорогого оборудования остаётся только мощный лазер, который дешевле ускорителя. Во-вторых, он гораздо компактнее и не требует таких мер безопасности. Луч света легко направлять зеркалами и фокусировать линзами, а пучок протонов появляется только на последней стадии. Наконец,  легко перестраивать  интенсивность протонного пучка.

 Для практической реализации этой методики требуется решить ряд сложных технических проблем. Однако в последние месяцы появилось сразу несколько работ, делающих существенные шаги на пути к их решению.  Теперь слово за экспериментом. Вполне вероятно, что в ближайшие годы будут реализованы по крайней мере некоторые из этих идей, а уж как скоро эта методика будет взята на вооружение медиками и как широко она распространится, покажет практика.

Elementy.ru. 02.06.2008

ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ В ОТКРЫТОМ КОСМОСЕ!

Шведские учёные доказали, что животные тихоходки (Tardigradae ) способны выжить в открытом космосе. Их размеры не превышают 1,5 мм. Биологи обнаруживают их в Гималаях на высоте 6000 м, в океанских впадинах на глубине более 4000 м и даже вблизи гидротермальных источников, где вода не закипает только благодаря высокому давлению. Два вида тихоходок побывали на околоземной орбите. 120 особей каждого вида разделили на четыре группы, одну из которых по прибытии на орбиту поместили в вакуум, две облучали ультрафиолетом, а одна, кроме всего этого, была подвергнута радиоактивному облучению. После десяти дней, проведённых в открытом космосе, практически все животные были иссушены, но на борту космического аппарата вернулись к нормальному состоянию. Большинство животных, подвергшихся облучению ультрафиолетом ( l = 315...380 нм), выжили и оказались способны к воспроизводству. Однако при
l = 280...315 нм выжили лишь 10–15%, тем не менее они дали нормальное потомство. Как удалось выжить в открытом космосе, пока непонятно. Возможно, тихоходки способны восстанавливать повреждённую структуру ДНК. Поняв суть уникальных способностей этих животных, учёные смогут разработать лучшую защиту для космонавтов.

Новости Компьюленты. 09.09.2008