Ученые увидели в вольфрамовых наноструктурах путь к новой электронике
Доцент Института ЛАПЛАЗ НИЯУ МИФИ Дмитрий Синельников в сотрудничестве с японскими коллегами из Нагойского университета изучил свойства вольфрамовых наноструктурированных кластеров. Исследование важно не только с точки зрения защиты внутренней поверхности термоядерного реактора от эрозии — оно может стать шагом к созданию новых технологий, например, эмиссионной электроники.
Множество научных сил во всем мире сегодня тратится на разработку промышленного термоядерного реактора. Такие реакторы могут совершить переворот в энергетике. Ожидается, что они станут мощными, экологически чистыми источниками энергии и смогут эффективно перерабатывать отходы современных атомных электростанций. Но пока до создания модели работающего термоядерного реактора еще далеко, на пути ученых стоит множество нерешенных проблем.
В частности, создать такой реактор мешает проблема взаимодействия плазмы с внутренней поверхностью реактора. Температура термоядерной плазмы составляет десятки миллионов градусов, и первая (внутренняя) стенка реактора должна обладать устойчивостью к огромным тепловым нагрузкам. Да, от соприкосновения со стенками реактора плазма удерживается магнитным полем, однако полной изоляции не происходит, и на стенках происходят очень сложные процессы, многие из которых могут приводить к эрозии.
Один из материалов, который ученые предполагают использовать для изготовления поверхностей в активной зоне реакторов — вольфрам, самый тугоплавкий из известных на Земле металлов (плавится при температуре 3422 градуса). В нескольких лабораториях мира сегодня происходят эксперименты, связанные с поведением вольфрамовых поверхностей внутри реакторов.
Например, недавно ученые из США, работая на ускорителе DIONISOS в университете Висконсина, обнаружили, что на поверхности вольфрама при облучении плотной гелиевой плазмой образуются уникальные структуры, которые получили название вольфрамовые наноструктурированные кластеры (nanostructural tendril bundles, NTB).
Молодой ученый из Москвы, доцент Института ЛАПЛАЗ НИЯУ МИФИ Дмитрий Синельников в сотрудничестве с японскими коллегами из Нагойского университета изучил свойства этих структур. Результаты исследования опубликованы в высокорейтинговом научном журнале Nuclear Materials and Energy.
По словам Дмитрия Синельникова, механизм образования NTB еще не известен. Однако эти «новообразования» могут оказаться весьма вредными для работы реактора: дело в том, что они провоцируют появление электрических разрядов между плазмой и стенкой. И не обычных электрических разрядов, а так называемых «униполярных дуг».
В чем особенность этих дуг? В «обычном» электрическом разряде электроны движутся от анода к катоду. В случае униполярной дуги, которая образуется в вакууме, катод является одновременно и анодом: электроны, вылетая из катодного пятна, возвращаются обратно, циркулируя, как вода в фонтане. В термоядерных реакторах униполярная дуга возникает очень легко и может буквально «прогрызть» одну из стенок токамака. К тому же эти электрические разряды могут провоцировать неустойчивость плазмы.
В российско-японском исследовании была изучена причина возникновения униполярных дуг, и, что особенно важно — определены минимальные температуры, при которых вероятность зажигания дуг существенно снижается за счет реструктуризации NTB. Таким образом, результаты исследования помогут улучшить параметры работы термоядерных реакторов.
Однако, по мнению Дмитрия Синельникова, данное исследование важно не только с точки зрения защиты внутренней поверхности реактора от эрозии — оно может стать шагом к созданию новых технологий. Ведь это внутри реактора электрический разряд нежелателен, а во многих технических устройствах он наоборот, необходим. И не станут ли наноструктурированные кластеры деталями в электронных приборах?
«Научившись управлять ростом NTB-структур на разных материалах, мы надеемся найти им практическое применение в какой-то иной технологической сфере», — говорит Дмитрий Синельников. По его словам, областью применения новых структур в будущем может стать эмиссионная электроника, то есть устройства, в которых предполагается испускание электронов твердым телом в вакуум или иную среду, например СВЧ-генераторы. По мнению Дмитрия Синельникова в перспективе наноструктурированные кластеры заменят более габаритные и менее энергоэффективные накальные катоды.
Telegram 
Дзен 
VK По самой распространенной версии, в прошлом климат Венеры был похож на земной, а к нынешнему состоянию пришел из-за парникового эффекта. Недавно ученые попытались смоделировать этот процесс и обнаружили, что перегретая венерианская кора даже вместе с вулканами просто не могла испустить в атмосферу такое количество углекислого газа, какое мы наблюдаем в ней сейчас.
Каждый год на месторождениях происходят десятки плановых остановок скважин для ремонта или профилактики. Чтобы во время простоев предотвратить выброс нефти и газа на поверхность, скважины глушат и закачивают в них специальные жидкости, в качестве которых нередко используют обратные эмульсии. Раньше считалось, что они безвредны и легко удаляются, поэтому, когда после глушения проницаемость уменьшалась, это списывали на другие факторы — например, отложение парафинов. Комплексно не изучалось, как именно эти составы влияют на снижение добычи. Ученые Пермского Политеха изучили обратные эмульсии и впервые объяснили, как они влияют на проницаемость горных пород. Проведенное исследование позволяет заранее определить, насколько опасен тот или иной состав и какой способ очистки сработает лучше. Это поможет нефтяным компаниям минимизировать потери добычи и избежать дорогостоящих восстановительных работ.
Обычно тела меньше тысячи километров не могут удержать вокруг себя полноценную газовую оболочку: слишком невелика сила тяжести. Несмотря на это, малая планета (612533) 2002 XV93 — диаметром всего полтысячи километров — во время звездного затмения показала, что у нее атмосфера есть. Как это вышло, пока неясно, хотя у астрономов-первооткрывателей и есть пара гипотез.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно