Физика завтрашнего дня — Информио

Наука и образование

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

Железное 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, проявили свои лаборатории, оборудование и образцы продукции, поведали, чем занимается НОЦ «Расплав» и в чем актуальность и значимость этой работы.

Доктор Валерий Сидоров проводит экскурсию

– Для чего нужны сплавы? Для того, чтобы получить новые характеристики: высокую прочность, пластичность, электрические, магнитные характеристики, когда один металл не в состоянии их дать, – сказал студентам Валерий Евгеньевич. – Однако на нынешний день ресурсы двойных сплавов уже на сто процентов выбраны, а технологи и конструкторы требуют новых материалов, отвечающих задачкам сегодняшнего дня.  Варианты: ввести в сплав новые составляющие. Но многокомпонентные сплавы становятся очень дорогими. Другой метод: получить сплав с необычной структурой. В естественном состоянии все металлы владеют кристаллической решеткой. В середине XX века было произведено открытие: металл можно превратить в бесформенное вещество без кристаллической решетки, и тогда он будет владеть новыми свойствами. Расплавленный, жидкий металл бесформенен, однако при охлаждении он начинает кристаллизоваться. Если резко приостановить этот процесс, металл застынет, сохраняя характеристики аморфного вещества, и по структуре станет поближе к стеклу, чем к обычному металлу. Но как это сделать фактически? Требуется охлаждение со скоростью 1 млн градусов в секунду. Ученые изобрели несколько методов, и самый продуктивный из них последующий. Если взять большой медный диск (у меди очень высочайшая теплопроводность), заставить его вращаться и полить струйкой водянистого металла на огибающую поверхность диска,  то медь сходу заберет все тепло, и металл застынет.

В НОЦ Расплав

1-ые ленты аморфного металла были очень тонкие (20-30 микрон). Сейчас уже научились получать такие металлы и в виде слитков. У их уникальные свойства. Обычно материал обладает или твердостью, либо пластичностью. Аморфный металл и тверд, и пластичен сразу.  Его можно растягивать и им можно резать.  Электронные и магнитные свойства у него тоже распознаются от обычных металлов, поэтому из него делают сердечники для трансформаторов и радиоприемников. К тому же таковой металл устойчив к коррозии, поэтому одна из сфер его внедрения – изготовление защитных покрытий для обыденного металла. Они используются в судо-, авиа-, ракетостроении. 

Борис Русанов — юный ученый

Характеристики металла зависят от того, из какого расплава он изготовлен. В НОЦ «Расплав» ученые занимаются качествами будущего расплава, из которого должно получиться не плохое аморфное состояние: измеряют сопротивление, магнитные характеристики, плотность, вязкость, скорость ультразвука. После подбора характеристик ученые отправляются за границу, к партнерам НОЦ «Расплав» в Братиславе (Словакия), поэтому что собственной производственной базы в УрГПУ нет. Остальное есть: все предварительные стадии осуществляются именно здесь, в 4 небольших лабораториях, силами нескольких сотрудников.

 Микрочастицы и электричество

В этот же день была запланирована экскурсия студентов УрГПУ в университеты 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 юных ученых Александр Чепусов  рассказали, что создание Института электрофизики связано с томской научной школой сильноточной электроники и именованием академика Геннадия Андреевича Месяца.

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

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

Сергей Заяц сказал о свойствах нанопорошков и о том, как наноразмер частиц оказывает влияние на характеристики вещества. В химии уменьшение размера частиц реагента ускоряет хим реакцию. В физике это можно сопоставить с детской игрой «Цепи кованые».

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

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

Лабораторию импульсной техники показал Максим Педос. Экскурсионная поездка проходила в бункере. Лаборатория также занимается микрочастицами, но здесь «нано-» относится не к материалам, а к секундам. У 3-х самых мощных электростанций в мире мощность вырабатываемого электричества – около 24 гигаватт. Импульсный генератор, находящийся в бункере, позволяет получать мощность около 50 гигаватт. Но питать дома и фабрики от него нельзя, потому что всю энергию он дает за очень короткое время (250 пикосекунд, либо четверть наносекунды) и используется для базовых исследований.

 Остывание как фундаментальная задача

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

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

Доктор Юрий Майданик

Студенты интересовались, как академические университеты набирают штат сотрудников, каковы перспективы проф роста. Общее впечатление было – «очень привлекательно», при том, что «много мозговой деятельности». Но другой наука, разумеется, быть и не может. И несмотря на то что далеко не все выпускники даже профильных кафедр позже становятся учеными, наука продолжает задавать цели и ориентиры и будущим инженерам, которых выпускает УрФУ, и будущим педагогам, которых выпускает УрГПУ.

 

СПРАВОЧНО:

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

Текст и фото: Ира Шаманаева

 

Источник: Департамент стратегии и информационной политики УрГПУ

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *