Новое в технике и технологиях

Создание ЯЭДУ предусмотрено опытно-конструкторской работой «Нуклон» (бюджет 15,84 млрд рублей), ОКР «Источник» (6,18 млрд рублей), а также научно-исследовательской работой «Верификация» (300 млн рублей), НИР «Отработка» (400 млн рублей) и НИР «Ядро» (160 млн рублей). В рамках ОКР «Нуклон» предусмотрено создание космического аппарата-демонстратора с готовностью к летным испытаниям в 2025 году (операции по запуску и летной отработке проектом ФКП-25 не предусмотрены).

Ядерные системы электроэнергии считают основными перспективными источниками энергии в космосе при планировании масштабных межпланетных экспедиций. Энерговооруженность Международной космической станции — 110 киловатт — обеспечивается работой солнечных батарей площадью 17 на 70 м. Для реализации межпланетных пилотируемых миссий, например к Марсу, потребуется гораздо более серьезная энерговооруженность — одними солнечными батареями вопрос будет не решить. Обеспечить мегаваттные мощности в космосе в перспективе позволит ЯЭДУ, созданием которой сейчас занимаются предприятия «Росатома».

Решение о приостановке выплат Россией членских взносов будет принято после совместного заявления Госдумы и Совета Федерации об отказе визита на сессию ассамблеи
Ранее сообщалось, что к 2017 году Научно-исследовательский и конструкторский институт энергетических технологий (НИКИЭТ, структура «Росатома») планирует построить ядерный реактор для будущего двигателя. Головной организацией по созданию самой энергодвигательной установки является ФГУП «Центр Келдыша». А транспортный модуль собиралась строить РКК «Энергия».

В 2010 году проект создания ядерного двигателя для космического аппарата был одобрен комиссией при президенте по модернизации и технологическому развитию экономики — проект называется «Создание транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса». На проект тогда выделили 17 млрд рублей из федерального бюджета. В 2012 году Владимир Поповкин, возглавлявший в то время Роскосмос, объяснял, что опытный образец ядерного двигателя позволит принять решение — настало ли время создавать летный образец изделия. Поповкин взвешенно относился к идее использования ядерных двигателей в космонавтике, отмечая, что они будут востребованы в относительно далекой перспективе для осуществления экспедиций в дальний космос.

— Все работы по созданию ЯЭДУ идут в соответствии с запланированными сроками. Мы можем с большой долей уверенности говорить, что работы будут сданы в срок, предусмотренный целевой программой, — говорит руководитель проекта департамента коммуникаций госкорпорации «Росатом» Андрей Иванов. — За последнее время в рамках проекта пройдено два важных этапа: создана уникальная конструкция тепловыделяющего элемента, обеспечивающая работоспособность в условиях высоких температур, больших градиентов температур, высокодозного облучения. Также успешно завершены технологические испытания корпуса реактора будущего космического энергоблока. В рамках этих испытаний корпус подвергали избыточному давлению и проводили 3D-измерения в зонах основного металла, кольцевого сварного соединения и конического перехода.

Работы по созданию ядерных двигателей для космических аппаратов активно велись в СССР и США в прошлом веке: американцы закрыли проект в 1994 году, СССР — в 1988-м. Закрытию работ во многом способствовала чернобыльская катастрофа, которая негативно настроила общественное мнение в отношении использования ядерной энергии. К тому же испытания ядерных установок в космосе не всегда проходили штатно: в 1978 году советский спутник «Космос-954» вошел в атмосферу и развалился, разбросав тысячи радиоактивных осколков на территории в 100 тыс. кв. км в северо-западных районах Канады. Советский Союз выплатил Канаде денежную компенсацию в объеме более $10 млн.

В мае 1988 года две организации — Федерация американских ученых и Комитет советских ученых за мир против ядерной угрозы — сделали совместное предложение о запрещении использования ядерной энергии в космосе. Формальных последствий то предложение не получило, однако с тех пор ни одна страна не производила запусков космических аппаратов с ядерными энергетическими установками на борту.

— Такие проекты, как создание ЯЭДУ, должны быть вписаны в контекст более масштабного проекта, чтобы четко понимать, для чего именно мы создаем такие мощные источники, — говорит Андрей Ионин, член-корреспондент Российской академии космонавтики имени Циолковского. — Понятно, что ЯЭДУ нужны только для экспедиций в дальний космос. Соответственно, перед тем как мы начнем строить такой двигатель, нужно определиться с целями — куда и когда мы полетим. Внеконтекстное финансирование таких работ чаще всего оказывается бессмысленным: сегодня мы такой проект откроем, а завтра закроем.

"Эта техника печати тканей и органов является важным и очень серьезным шагом на пути к созданию технологии, позволяющей изготовлять органы-"запчасти" для наших пациентов. Теперь у нас есть возможность печатать полноценные человеческие органы, сохраняющие стабильность. В дальнейшем, эта технология поможет нам "печатать" ткани и органы пригодные для имплантации", — заявил Энтони Атала (Anthony Atala) из Института регенеративной медицины в Уэйк-Форесте (США).

Как отмечают Атала и его коллеги, одним из главных препятствий на пути выращивания органов из стволовых или "взрослых" клеток является то, что их "печать" возможна лишь тонким слоем. По словам ученых, когда толщина "пирога" из клеток превышает 200 микрометров, ткань начинает гибнуть, так как питательные вещества и кислород не могут проникнуть на такую глубину без наличия кровеносных сосудов.

Авторы статьи решили эту проблему, создав особый полимер, позволявший ученым укладывать клетки слоями и при этом сохранять небольшой просвет между ними. Это позволило клеткам будущих костей, мышц или хряща расти в фактически неограниченных масштабах, не испытывая проблем с доступом к пище и кислороду.

После того, как орган "напечатан", ученые помещают его в организм мыши или даже человека, где он постепенно "зарастает" кровеносными сосудами, а полимер постепенно разлагается, уступая им место. В конечном итоге на месте заготовки возникает полноценный орган, обладающий нужной трехмерной формой и всеми необходимыми видами ткани.

В качестве демонстрации биологи вырастили кость нижней челюсти человека, используя стволовые клетки, а также "напечатали" полноценную раковину уха, используя МРТ-снимок одного из добровольцев в качестве шаблона для печати. Оба органа были помещены в тело грызуна и успешно прижились в нем, полностью покрывшись изнутри сосудами.

Пока эта технология не совсем готова для медицинского использования – ее еще предстоит проверить в клинических испытаниях, однако Атала и его коллеги уверены, что им удастся быстро вывести ее в медицинскую практику.

Революционное для фотоники и компьютеров будущего открытие сделали исследователи из лаборатории нанооптики и плазмоники центра наноразмерной оптоэлектроники МФТИ. Им впервые удалось произвести нанофотонные компоненты на основе меди, которые по своим характеристикам не уступают аналогам из золота. Примечательно, что медные компоненты были произведены учеными в рамках стандартного технологического процесса, используемого для производства большинства современных микросхем. Это означает, что именно медные нанофотонные компоненты смогут в самом ближайшем будущем стать основой для энергоэффективных источников излучения, сверхчувствительных сенсоров и датчиков, а также высокопроизводительных оптоэлектронных процессоров, работающих на нескольких тысячах ядер.

Открытие было сделано в рамках так называемой нанофотоники – области, исследований, работающей в том числе над тем, чтобы заменить существующие в вычислительных устройствах компоненты на более совершенные за счет использования фотонов вместо электронов. Однако, в то время как основной компонент современной электроники, транзистор, может быть уменьшен до нескольких единиц нанометров, дифракция света ограничивает минимальные размеры фотонных компонентов величиной приблизительно равной длине волны света (порядка 1 микрометра). Несмотря на фундаментальность этого так называемого дифракционного предела, его возможно преодолеть используя металл-диэлектрические структуры и создать действительно наноразмерные фотонные компоненты. Во-первых, большинство металлов обладают отрицательной диэлектрической проницаемостью на оптических частотах, и свет не может в них распространяться, проникая на глубину всего лишь около 25 нанометров. Во-вторых, свет может быть преобразован в поверхностные плазмон-поляритоны, поверхностные волны распространяющиеся вдоль поверхности металла. Таким образом становится возможным перейти от привычной трехмерной к фактически двумерной фотонике на основе поверхностных плазмонов, известной как плазмоника, и управлять светом уже на масштабах порядка 100 нанометров, т.е. далеко за дифракционным пределом.

Ранее считалось, что для создания эффективных фотонных металл-диэлектрических наноструктур могут использоваться только два металла – золото и серебро, – в то время как все остальные металлы характеризуются настолько большим поглощением, что не могут быть альтернативой этим двум материалам. Однако на практике создавать компоненты на основе золота и серебра не представляется возможным, потому что оба металла, будучи "благородными", практически не вступают в химические реакции, а значит, из них крайне трудно, дорого и в большинстве случаев просто невозможно создавать наноструктуры – основу современной фотоники.

Исследователи из МФТИ нашли решение этой проблемы. На основании обобщения теории для так называемых плазмонных металлов они еще в 2012 году выяснили, что медь как оптический материал может не только составить конкуренцию золоту, но и превзойти его. В отличие от золота, медь можно довольно легко структурировать, использую жидкостное или плазменное травление, и создавать на ее основе наноразмерные компоненты, которые легко интегрируются в фотонные или электронные интегральные схемы на основе кремния.

Исследователям понадобилось более двух лет, чтобы закупить необходимое оборудование, разработать технологический процесс, изготовить образцы, провести множество независимых измерений и экспериментально подтвердить эту гипотезу. "В результате нам удалось создать медные чипы, оптические свойства которых ни в чем не уступают золотым аналогам, – приводит пресс-служба МФТИ слова лидера исследования Дмитрия Федянина. — Более того, мы добились этого в производственном цикле, совместимом с КМОП-технологией, которая является основой всех современных интегральных схем, включая микропроцессоры. Это своего рода революция в нанофотонике".

Эти исследования создают фундамент для начала практического использования медных нанофотонных и плазмонных компонентов, которые уже в ближайшем будущем будут использованы при создании светодиодов, нанолазеров, высокочувствительных сенсоров и датчиков для мобильных устройств, высокопроизводительных оптоэлектронных процессоров, насчитывающих до нескольких десятков тысяч ядер, для видеокарт, персональных компьютеров и суперкомпьютеров.

В мире в настоящее время активно идут работы по созданию устойчивого к авариям так называемого толерантного топлива (accident tolerant fuel). Стимулом к этому стала авария на японской АЭС "Фукусима-1" в 2011 году. Тогда после цунами, вызванного мощным землетрясением, обесточились энергоблоки станции, прекратилась подача охлаждающей воды в активные зоны их реакторов, произошел перегрев ядерного топлива. В результате повышения температуры циркониевых оболочек тепловыделяющих элементов (твэлов) возникла так называемая пароциркониевая реакция, сопровождавшаяся выделением дополнительного большого количества тепла и разрушением твэлов.

Практически сразу после этой аварии в странах с развитой атомной энергетикой активизировались разработки по предотвращению возможности возникновения пароциркониевой реакции. Один из путей решения этой проблемы — нанесение на поверхность циркониевых оболочек твэлов защитных покрытий.

"Перед нами была поставлена задача — разработать покрытия, защищающие циркониевые компоненты и повышающие их работоспособность не только в нормальных условиях эксплуатации, но и в аварийных ситуациях, в том числе с возникновением пароциркониевой реакции", — отметила главный специалист Института промышленных ядерных технологий МИФИ Светлана Иванова, слова которой цитируются в сообщении.

Специалисты МИФИ разработали покрытия, защищающие конструкционные элементы ядерного топлива от коррозии, которая способствует развитию пароциркониевой реакции.

"Коррозийная стойкость образцов после нанесения разработанных защитных покрытий, повысилась в 2-7 раз", — отметил Иванова. Это означает, что в случае аварии с потерей теплоносителя во столько же раз снизится температура протекания пароциркониевой реакции, что создаст более щадящие условия для ядерного топлива.

Как отмечается в сообщении, созданные учеными МИФИ покрытия могут быть также применены в других областях — в медицине, авиации, машиностроении.

Коллектив ученых Воронежского государственного университета выполнил проект "Изготовление магнитных наноструктурированных материалов силицидов переходных металлов (Si-Me) с эффектом оптического перемагничивания для элементов памяти нового поколения". В ходе проекта были получены материалы, которые, как поясняется в сообщении, позволят обеспечить "сверхвысокое быстродействие, которое обеспечивается новым способом записи, еще не используемым в серийных устройствах".

Такие материалы ориентированы, прежде всего, на рынок наноматериалов для фотоники, микросистемной техники и устройств памяти, отмечается в сообщении.

ВГУ является одним из крупнейших вузов России. Он включает в себя 18 факультетов, на которых обучаются более 20 тысяч студентов из 75 регионов России. Ежегодно в стенах университета проходят обучение более 1 тысячи иностранных студентов из около 80 стран мира. За последние полвека в ВГУ прошли подготовку около 15 тысяч иностранных граждан из 141 государства.