Научно-технические итоги года: космические частицы вместо рентгена и 5D-принтер
05.01.2023
Научно-технические итоги года: космические частицы вместо рентгена и 5D-принтер
В прошлом году в России запустили первый отечественный мюонный томограф, который позволяет получать снимки крупных объектов. А на Белоярской АЭС один из реакторов стал работать на топливе, содержащем плутоний. Раньше он считался радиоактивным отходом.Представьте, что нужно проверить большую конструкцию — к примеру, пролет моста — на предмет скрытых внутренних дефектов. Способов сделать это, не разрушая исследуемый объект, не так уж много. Рентген не подходит: его проникающая способность ограничена. Но есть мюоны — это элементарные частицы, которые образуются в верхних слоях атмосферы. Они как нельзя лучше подходят для решения подобных задач.
Функциональный аналог рентгеновского аппарата, использующий такие частицы, называется «мюонный томограф». С середины прошлого века ученые по всему миру пытались использовать мюоны для определения внутренней структуры различных объектов, иногда успешно, иногда — нет. Но только в последние годы благодаря развитию компьютерных технологий стали появляться мюонные томографы, пригодные для промышленного применения. Россия — одна из немногих стран, сумевшая построить мюонный томограф. Он был создан специалистами АО ВНИИАЭС и университета МИФИ.
Сергей Олейник руководитель проекта АО ВНИИАЭС «Мюоны образуются на высоте 15-20 километров от поверхности Земли в атмосфере. То есть источник у нас, грубо говоря, вся атмосфера Земли. Мы можем поставить наш приемник, мюонный томограф, где угодно, в любом положении и получить снимок. Для рентгена нужен источник, приемник и чтобы конкретно на одной плоскости, на одной линии с ними находился и объект исследования. А для нас это не ограничение — мы где угодно, как угодно можем его разместить. Мюоны космических лучей десятилетиями использовались для рентгенографии объектов. В известном эксперименте 1960-х годов нобелевским лауреатом Луисом Альваресом был применен этот метод для поиска скрытых камер сначала в пирамиде Хефрена в Гизе, затем более поздняя работа — была найдена тайная комната в пирамиде Хеопса».
Минувшей осенью прошли успешные испытания российского мюонного томографа на Калининской АЭС в Тверской области. С его помощью был получен снимок реакторного отделения размером 60 на 60 метров. Разработчики рассчитывают, что через несколько лет появятся образцы, которые позволят «просвечивать» большие инфраструктурные и промышленные объекты, такие как, например, мосты и плотины.
А на другой АЭС — Белоярской — в прошлом году произошло то, что можно назвать революцией в атомной энергетике. Реактор БН-800 был переведен на замкнутый топливный цикл с использованием не только урана, но и плутония, который раньше считался радиоактивным отходом. О значении этого события говорит директор «Атоминфо-центра», главред издания «Атоминфо.ру» Александр Уваров:
Александр Уваров директор «Атоминфо-центра», главред издания «Атоминфо.ру»«У урана, который добывается в природе, есть два изотопа, и только один из них может использоваться как топливо — 235-й. Его менее 1%. Если мы замыкаем топливный цикл, возвращаем туда плутоний, который образуется из второго изотопа урана, мы увеличиваем запас топлива для атомной энергетики примерно в 100 раз. Сейчас говорят, что урана хватит, допустим, на 100 лет для российской атомной энергетики. Умножаем 100 на 100, получаем, что хватит на 10 тысяч лет. Или же наоборот, мы можем увеличить в 100 раз наш атомный парк, если обществу потребуется для каких-то целей океан энергии — допустим, мы захотим осветить всю тайгу, или запускать там каждый день огромные лайнеры на Марс, или прочее. Так вот, собственно, что это и дает, это замыкание топливного цикла — это стократное увеличение топливообеспечения атомной энергетики».
В некоторых других странах, в частности в США, есть небольшие исследовательские реакторы на плутонии, но только Россия смогла довести эту технологию до промышленного применения.
Есть интересные разработки и в других областях. Например, промышленный 5D-принтер, созданный российской компанией «Стереотек». Конечно, речь не о дополнительном пятом измерении, которое то ли есть, то ли нет. Такое название новой технологии, скорее всего, было выбрано только для маркетинга. Но сама технология, безусловно, весьма интересная.
В 5D-принтере «Стереотек» печатающая головка может перемещаться в двух направлениях, как это было и в 3D-принтере. Но вместо стола в камере есть небольшое цилиндрическое основание, которое также может перемещаться по вертикали. Кроме этого, оно может вращаться и наклоняться. Благодаря наложению и переплетению слоев детали получаются более прочными. Кроме того, пятиосевая печать позволяет снизить расход пластика, поскольку при печати сложных трехмерных деталей не нужны дополнительные поддерживающие элементы, которые используются при обычной 3D-печати.
Конечно, микрочип 5D-принтер не напечатает, а вот любую, даже самую сложную механическую деталь он сделать может. Эти принтеры уже используются для изготовления запчастей к импортному оборудованию, которые теперь не поставляются в Россию. Технология внедрена на ряде промышленных предприятий. О дальнейших планах рассказывает соучредитель компании «Стереотек», руководитель по развитию Анатолий Тулаев:
Анатолий Тулаев соучредитель компании «Стереотек», руководитель по развитию «Мы предоставляем нашим клиентам не просто принтер, который может находиться территориально на заводе. Наша задача — чтобы этот принтер печатал, и поэтому наша миссия звучит так: в каждом промышленном предприятии на планете Земля эффективно эксплуатируется 5D-принтер. И для того чтобы это произошло, мы насыщаем цифровую библиотеку, которая позволяет нажатием одной клавиши получить деталь. Условно, конечно, нажатием одной клавиши — понятно, что потребуется это сначала откалибровать, настроить, поменять материал. Но в целом рано или поздно мы должны создать максимально удобный, максимально применимый и простой в эксплуатации механизм, чтобы без каких-либо технических знаний, без специфических практик любой, вплоть до трех классов образования, человек мог легко напечатать ту или иную деталь, выбрав ее из нашей библиотеки цифровой деталей».
