Физика завтрашнего дня

10.02.2020 124

День российской науки в институте математики, физики, информатики и технологий состоялся 6 февраля, накануне официальной даты праздника. В этот день студенты института, будущие учителя, познакомились с новейшими научными разработками в области физики сначала непосредственно в УрГПУ, в НОЦ «Расплав», а затем в учреждениях Российской  академии наук – Институте электрофизики и Институте теплофизики

Металлическое стекло

В научно-образовательном центре «Расплав» в этот день доктор физико-математических наук, профессор Валерий Сидоров и аспирант Борис Русанов провели несколько экскурсий для студентов, показали свои лаборатории, оборудование и образцы продукции, рассказали, чем занимается НОЦ «Расплав» и в чем актуальность и важность этой работы.

Профессор Валерий Сидоров проводит экскурсию

– Зачем нужны сплавы? Для того, чтобы получить новые свойства: высокую прочность, пластичность, электрические, магнитные свойства, когда один металл не в состоянии их дать, – рассказал студентам Валерий Евгеньевич. – Однако на сегодняшний день ресурсы двойных сплавов уже полностью выбраны, а технологи и конструкторы требуют новых материалов, отвечающих задачам сегодняшнего дня.  Варианты: ввести в сплав новые компоненты. Но многокомпонентные сплавы становятся очень дорогими. Другой способ: получить сплав с необычной структурой. В естественном состоянии все металлы обладают кристаллической решеткой. В середине XX века было сделано открытие: металл можно превратить в аморфное вещество без кристаллической решетки, и тогда он будет обладать новыми свойствами. Расплавленный, жидкий металл аморфен, однако при охлаждении он начинает кристаллизоваться. Если резко остановить этот процесс, металл застынет, сохраняя свойства аморфного вещества, и по структуре станет ближе к стеклу, чем к обычному металлу. Но как это сделать практически? Требуется охлаждение со скоростью 1 млн градусов в секунду. Ученые изобрели несколько способов, и самый продуктивный из них следующий. Если взять большой медный диск (у меди очень высокая теплопроводность), заставить его вращаться и полить струйкой жидкого металла на огибающую поверхность диска,  то медь сразу заберет все тепло, и металл застынет.

В НОЦ Расплав

Первые ленты аморфного металла были очень тонкие (20-30 микрон). Теперь уже научились получать такие металлы и в виде слитков. У них уникальные свойства. Обычно материал обладает либо твердостью, либо пластичностью. Аморфный металл и тверд, и пластичен одновременно.  Его можно растягивать и им можно резать.  Электрические и магнитные свойства у него тоже отличаются от обычных металлов, поэтому из него делают сердечники для трансформаторов и радиоприемников. К тому же такой металл устойчив к коррозии, поэтому одна из сфер его применения – изготовление защитных покрытий для обычного металла. Они используются в судо-, авиа-, ракетостроении. 

Борис Русанов - молодой ученый

Свойства металла зависят от того, из какого расплава он сделан. В НОЦ «Расплав» ученые занимаются свойствами будущего расплава, из которого должно получиться хорошее аморфное состояние: измеряют сопротивление, магнитные свойства, плотность, вязкость, скорость ультразвука. После подбора параметров ученые отправляются за границу, к партнерам НОЦ «Расплав» в Братиславе (Словакия), потому что собственной производственной базы в УрГПУ нет. Остальное есть: все подготовительные стадии осуществляются именно здесь, в четырех небольших лабораториях, силами нескольких сотрудников.

 Наночастицы и электричество

В этот же день была запланирована экскурсия студентов УрГПУ в институты УрО РАН. Организовал экскурсию профессор Петр Попель. Первым студенты посетили Институт электрофизики.

В институте электрофики УроРАН

Заместитель директора по науке Антон Кайгородов и председатель Совета молодых ученых Александр Чепусов  рассказали, что создание Института электрофизики связано с томской научной школой сильноточной электроники и именем академика Геннадия Андреевича Месяца.

– Импульсный ток и импульсное напряжение – это то, чем мы занимаемся. Мы берем ток и резко сжимаем его по времени до наносекунд и пикосекунд, в результате чего очень сильно увеличивается мощность. Одно и то же количество энергии можно потратить по-разному, долго и тускло или коротко и ярко. Нам больше нравится «коротко и ярко», и мы изучаем этот режим и его возможности, – объяснил Антон Кайгородов.

Затем студенты проследовали в лабораторию прикладной электродинамики, где им рассказали о своих исследованиях научные сотрудники института Сергей Заяц и Алексей Никонов.

Сергей Заяц рассказал о свойствах нанопорошков и о том, как наноразмер частиц влияет на характеристики вещества. В химии уменьшение размера частиц реагента ускоряет химическую реакцию. В физике это можно сравнить с детской игрой «Цепи кованые».

– Представим, что у нас есть цепочка «больших людей», держащихся за руки, – микронная. Напротив них – цепочка той же самой массы, но состоящая из «нанолюдей».  При той же массе их больше, значит, больше рядов, следовательно, больше «переплетенных рук» – связей. Вещество из наночастиц будет элементарно прочнее.

 Студенты смогли убедиться, что тонкие «таблетки» из спрессованных под воздействием электричества металлических нанопорошков под механическим воздействием не гнутся и не ломаются.

Лабораторию импульсной техники показал Максим Педос. Экскурсия проходила в бункере. Лаборатория также занимается наночастицами, но здесь «нано-» относится не к материалам, а к секундам. У трех самых мощных электростанций в мире мощность вырабатываемого электричества – порядка 24 гигаватт. Импульсный генератор, находящийся в бункере, позволяет получать мощность около 50 гигаватт. Но питать дома и заводы от него нельзя, потому что всю энергию он отдает за очень короткое время (250 пикосекунд, или четверть наносекунды) и используется для фундаментальных исследований.

 Охлаждение как фундаментальная задача

Знакомство с Институтом теплофизики студенты начали с криогенной базы, увидели сосуды-дюары для жидкого азота, сконструированные по принципу термоса, узнали о том, как работает установка для получения азота непосредственно из воздуха.

В лаборатории криогеники и энергетики занимаются исследованием свойств жидких растворов. Там студентам продемонстрировали установку для измерения поверхностного натяжения сжиженных газов. Всем запомнился эксперимент со сравнением свойств теплопроводности различных материалов, который показал заведующий лабораторией теплопередающих устройств доктор технических наук Юрий Майданик. Юрий Фольевич рассказал о тепловых трубах и о процессах теплообмена при испарении теплоносителей из капиллярно-пористых материалов, продемонстрировал системы охлаждения для компьютеров и компьютерных серверов на основе контурных тепловых труб.

Профессор Юрий Майданик

Студенты интересовались, как академические институты набирают штат сотрудников, каковы перспективы профессионального роста. Общее впечатление было – «очень интересно», при том, что «много мозговой деятельности». Но другой наука, очевидно, быть и не может. И хотя далеко не все выпускники даже профильных кафедр потом становятся учеными, наука продолжает задавать цели и ориентиры и будущим инженерам, которых выпускает УрФУ, и будущим преподавателям, которых выпускает УрГПУ.

 

СПРАВОЧНО:

Составной частью национального проекта «Наука» является федеральный проект «Развитие кадрового потенциала в сфере исследований и разработок». Участниками национального проекта являются образовательные и научные организации, функции учредителей которых выполняют федеральные органы исполнительной власти. Данные организации принимают участие в конкурсных процедурах, направленных на достижение целевых показателей федеральных проектов. Важным элементом при подаче заявок на конкурсы является готовность региональных исполнительных органов государственной власти к созданию социальной инфраструктуры и поддержки кооперации научных учреждений с предприятиями реального сектора экономики.

Текст и фото: Ирина Шаманаева

 

Источник: Департамент стратегии и информационной политики УрГПУ




Назад к списку


Добавить комментарий
Прежде чем добавлять комментарий, ознакомьтесь с правилами публикации
Имя:*
E-mail:
Должность:
Организация:
Комментарий:*
Введите код, который видите на картинке:*