Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Российские ученые раскрыли свойства циркония при экстремальных температурах
Исследователи из МФТИ и Объединенного института высоких температур РАН провели масштабное исследование, которое позволило впервые с высокой точностью определить теплофизические свойства циркония в жидком и сверхкритическом состояниях при экстремально высоких температурах.
Статья опубликована в журнале Physical Review B. Работа, выполненная при поддержке Российского научного фонда, объединила передовые квантовые-механические расчеты методом квантовой молекулярной динамики и уникальные эксперименты по сверхбыстрому импульсному нагреву циркониевых образцов в камере высокого давления. Исследование стало важным вкладом в материаловедение и ядерную безопасность, предоставив данные, ранее недостижимые для точного экспериментального измерения.
С помощью расчетов «из первых принципов» ученые определили параметры критической точки циркония — состояния, где исчезает граница между жидкостью и газом. Критическая температура составила 9400 K, критическая плотность — 1380 кг/м3, а критическое давление — 3350 атмосфер. Эти результаты существенно уточняют представления о свойствах циркония при высоких температурах, поскольку ранее оценки критической температуры варьировались в диапазоне от 8000 до 17000 K.
«Современные методы моделирования на основе теории функционала плотности и мощные суперкомпьютеры позволяют воспроизводить физические условия, которые невозможно или крайне сложно воссоздать в лаборатории. Это особенно важно для материалов, таких как цирконий, используемых в экстремальных условиях, включая ядерные реакторы, — комментирует руководитель исследования Дмитрий Минаков, старший научный сотрудник лаборатории моделирования свойств материалов ОИВТ РАН. доцент кафедры физики высокотемпературных процессов МФТИ. — Мы не только уточнили знание ключевых высокотемпературных свойств циркония, но и показали, что наши теоретические расчеты находятся в согласии с новейшими экспериментальными данными. Это укрепляет доверие к первопринципным вычислительным подходам как к самостоятельному инструменту исследования».
Эксперименты, выполненные в ОИВТ РАН, включали сверхбыстрый импульсный нагрев проволочных образцов циркония электрическим током до температуры 6000 K при давлении выше 3000 атмосфер. Это позволило измерить энтальпию жидкой фазы и электрическое сопротивление циркония в ранее неизученных областях фазовой диаграммы. Экспериментальное подтверждение получила расчетная зависимость удельного сопротивления, предсказывающая пятикратный рост сопротивления циркония вблизи критической точки.
«Мы впервые продемонстрировали синергию этих двух подходов — экспериментального и теоретического — при исследовании теплофизических свойств, — подчеркивает Михаил Шейндлин, заведующий лабораторией экстремальных энергетических воздействий ОИВТ РАН. — Наш экспериментальный метод нагрева металлических образцов циркония, помещенных в камеру с давлением инертного газа в несколько тысяч атмосфер, импульсом тока высокой плотности позволяет получить уникальные высокотемпературные данные.
Особенностью используемой техники является прецизионное измерение температуры образца с использованием пирометра с уникальными характеристиками. Полученные экспериментальные данные затем дополняются результатами квантово-механических расчетов. Такой подход не только позволяет повысить надежность результатов, но и дает возможность изучать явления, выходящие за пределы возможностей современного эксперимента».
Исследование также выявило ряд важных особенностей поведения циркония при высоких температурах. Так, изохорная теплоемкость резко увеличивается вблизи критической точки, а параметр Грюнайзена, наоборот, снижается ниже идеально-газового значения. Нормальная спектральная излучательная способность циркония остается практически постоянной до 4000 K, но затем увеличивается на 50 процентов при приближении к критической температуре. И это явление необходимо учитывать в температурных измерениях пирометрическими методами, что и было сделано в этой работе. Наконец, в этом исследовании впервые были получены данные о скорости звука в жидком цирконии.
«Вычислительные методы открывают новые горизонты в понимании свойств материалов, — добавляет Павел Левашов, заведующий кафедрой физики высокотемпературных процессов МФТИ. — Наши расчеты позволили построить табличное уравнение состояния циркония в жидком и сверхкритическом состоянии, а также реконструировать критическую изобару и оценить положение кривой равновесия жидкость-пар до критической точки. Эти данные важны для развития перспективных высокотемпературных технологий».
Полученные результаты имеют прикладное значение для понимания высокотемпературного поведения материалов при взаимодействии с лазерным излучением, а также для моделирования гипотетических аварийных ситуаций в атомной энергетике. Знание фазовых переходов и критических свойств циркония необходимо для разработки новых конструкционных материалов, способных работать в экстремальных условиях.
«Эта работа демонстрирует, насколько мощным может быть взаимодействие эксперимента и теории, — заключает Дмитрий Минаков. — Мы открыли новую главу в изучении циркония, решив важные вопросы, которые оставались открытыми десятилетиями. Но это только начало: подходы, разработанные в рамках этого проекта, могут быть применены к другим материалам, что открывает широкие перспективы для материаловедения и технологий будущего».
Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.
В прошлых исследованиях о скулшутинге в Соединенных Штатах некоторые эксперты называли основной причиной случаев массовой стрельбы в учебных заведениях наличие большого количества легальных «стволов» на руках у людей. Но в подобных работах редко систематически анализировали роль огнестрельного оружия в жизни школьных стрелков. По мнению профессора социологии Энн Нассауер из Эрфуртского университета (Германия), эта деталь роднит большинство совершавших такого рода нападения в США.
Западные колонии финикийцев включали сильнейшую морскую державу древнего Средиземноморья — Карфаген. Его жители использовали финикийский язык и поклонялись соответствующим богам. Теперь генетики заявили, что практически все эти люди — не потомки финикийских колонистов. Происхождение их в связи с этим довольно загадочно.
Многие, наверное, слышали фразу «Между ними возникла „химия“». Поясняя смысл выражения, часто говорят, что любовная химия между мужчиной и женщиной — это нечто сложное и с трудом поддающееся определению. Однако ученые не любят такой неясности, поскольку она мешает исследовать явление. Недавно группа психологов с помощью опроса выяснила основные компоненты взаимного влечения в паре, которое принято называть романтической, или любовной, химией.
Распространено мнение, что, чем чаще пара занимается сексом, тем сильнее каждый из партнеров доволен отношениями. Международная команда исследователей проверила этот тезис.
В 2006 году исследователи из Великобритании объявили, что легендарный антикитерский механизм, древнегреческий «компьютер», мог быть всего лишь игрушкой для демонстрации астрономических явлений. Авторы нового исследования подтвердили это, построив математическую модель на основе данных своих коллег, которая показала, что шестерни устройства заклинивало при запуске. Но несмотря на полученные результаты, ученые пытаются спасти репутацию древнего чуда техники, обвинив предыдущую команду в ряде ошибок.
Примерно 41-42 тысячи лет назад на Земле произошел кратковременный сдвиг магнитных полюсов, который мог способствовать вымиранию неандертальцев, но не Homo sapiens — их выживание авторы нового исследования связали с появлением теплой одежды и добычей охры.
До 13 тысяч лет назад в Северной Америке жил вид, который ученые до недавнего времени считали волком. Компания Colossal Biosciences объявила о возрождении этого вымершего вида, но биологические детали ставят ее заявление под серьезное сомнение.
Известный американский отраслевой обозреватель Эрик Бергер взял интервью у экипажа космического корабля Boeing, из-за технических проблем которого два астронавта задержались на орбите на девять месяцев вместо одной недели. Детали, которые они озвучили, указывают на серьезные проблемы Starliner, о которых ранее умалчивали. Люди провели немало времени при глубоко нештатной температуре. При слегка другом сценарии миссии экипаж корабля мог погибнуть. Официальные заявления NASA и Boeing сразу после июньского полета к МКС, судя по интервью, были заведомо неправдивыми.
Многие знают, как популярны сувениры из окаменелостей — зубы древних акул или полированные панцири аммонитов. Но чем реже встречаются такие артефакты, тем они ценнее, то есть на них можно много заработать. И это проблема для палеонтологов. Американский специалист по тираннозаврам оценил ущерб, который нанесла коммерческая добыча костей T. rex и подсчитал среднюю цену таких образцов. Оказалось, больше половины найденных тирексов находится в частных руках, а значит, для науки они недоступны или ненадежны.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
ПонятноИз-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
ПонятноНаши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
ПонятноМы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
ПонятноМы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Комментарии