Главные изобретения в России в 2022 году: от революционной стеклокерамики до компактного ускорителя частиц

2022 год богат на события, в большинстве своем негативные и связанные с политикой. Тем не менее это не повод впадать в депрессию и кричать «все пропало». За первое полугодие в России изобрели немало интересного и инновационного: вещество для моментального тушения пожара, ванадиевые аккумуляторы и многое другое.

Компактный ускоритель частиц

Летом 2020 года команда ученых из Манчестерского университета Великобритании заявила, что создали карманный ускоритель частиц, способный разгонять электронные лучи до 99,99% от скорости света. В начале 2022 года отличились уже отечественные ученые. Специалисты из МФТИ, ОИВТ РАН и ФИ РАН представили компактный, размером с комнату, ускоритель частиц.

Мишенная камера в паре с системой диагностики лазерной плазмы. Фото: МФТИ

Цель подобных установок — понимание секретов материи, что позволяет создавать новые материалы (сплавы металлов, полимеры и т. п.), исследовать мир на атомарном уровне, а также лечить онкобольных.

На деле российские ученые еще в 2011 году разработали метод, позволяющий разгонять частицы до околосветовой скорости. Причем не требующий классических многокилометровых установок, как у того же «СКИФА» в Новосибирске или Diamond в Великобритании. Интересно, что разработка 2022 года не только помещается в комнате, но и демонстрирует рекордно высокую эффективность работы до 1,4% — коэффициент преобразования лазерной энергии в поток гамма-излучения.

Особенности установки

Петаваттный высокоэнергетический лазер (PHELIX) мощностью 1015 Вт испускает луч на полимерную пену, состоящую из триацетата целлюлозы с плотностью 2 мг/см³. Производится два импульса: длинный (1/1 000 000 000 сек.) и короткий (1/1 000 000 000 000 сек.). Первый ионизирует атомы пены, создавая плазменное облако, второй — ускоряет электроны в облаке, высвобождая энергию в сотни мегаэлектронвольт.

Разогнанные электроны, ударяясь о тонкую золотую пластинку, образуют гамма-кванты, которые затем поглощаются танталовой фольгой. В ходе такой фотоядерной реакции образуются нейтроны в количестве свыше 60 млрд единиц.

Новые аккумуляторы

Современный мир тяжело представить не только без электричества, но и без устройств для хранения электроэнергии. Именно поэтому ученые во всем мире ищут и создают новые материалы, способные более эффективно накапливать, хранить и отдавать электрическую энергию. Благо в России также трудятся над данной задачей, и уже достигнуты серьезные успехи.

Проточная ванадиевая батарея мощностью 1 МВт, емкостью 4 МВт*ч. Фото: Wikipedia / UniEnergy Technologies / CC BY-SA 4.0

Недавно стало известно, что специалисты из «МИСиС», Института проблем химической физики РАН, «Сколтеха» и РХТУ им. Д. И. Менделеева нашли продвинутое решение. Они создали новый углеродный композитный материал, пригодный для использования в ванадиевых аккумуляторах повышенной емкости. Полученные пластины для аккумуляторных батарей состоят из углеродного волокна Toray T700, искусственного графита и углерода N220. Они менее подвержены коррозии и просты в изготовлении, что сулит снижение стоимости «зеленой» энергии.

Интересно, что ванадиевые батареи во всем мире сейчас производятся исключительно из китайских материалов. Они применяются в различных областях, но чаще всего в нефтегазовой промышленности и возобновляемой энергетике. Испытания отечественных батарей стартуют в течение следующих 6 — 12 месяцев, а в случае успеха через аналогичный промежуток времени начнется их массовое производство. Российская разработка сможет бесперебойно функционировать в течение 20 лет.

Двигатель для электромашин

Казанский государственный энергетический университет (КГЭУ) спроектировал электрический двигатель для отечественных авто узкопрофильного назначения. Речь идет о различного рода технике, используемой в ЖКХ или на производстве. Например, такой электромотор будет устанавливаться в гольфкары.

Электробус КамАЗ-6282. Фото: Wikipedia / Mos.ru / CC BY 4.0

Сообщается, что разработанный электродвигатель является первым отечественным проектом полного цикла, а первый опытный образец увидит мир в 2023 году. Кроме того, представители КГЭУ сообщают, что намерены в будущем создать электроустановки и для легковых авто, и для тяжелого автотранспорта (тягачи, грузовики или электробусы). Все это является вузовской стратегией импортозамещения согласно федеральной программе Минобрнауки РФ «Приоритет 2030».

Пористая стеклокерамика

Еще один отечественный продукт, разработанный в рамках программы по импортозамещению. И нет, пористая стеклокерамика — это не материал для изготовления посуды и прочей бытовой утвари. Область ее применения — строительство. Например, утепление атомных электростанций (сейчас для этого используется пеностекло, импортируемое на 95%), возведение зданий в условиях вечной мерзлоты, создание конструкций для газо- и нефтедобычи.

Мордовские ученые из МГУ им. Н. П. Огарева отмечают, что созданный ими материал экологичен и превосходит зарубежные аналоги по прочности, теплопроводности и стойкости к воздействию на него биологических и химических факторов. Кроме того, он и прост в изготовлении, поскольку не требует газообразующих добавок, а весь процесс укладывается в одну стадию. Кальцинированную соду смешивают с сухим помолом кремнистой породы, после чего состав обжигают.

Фото: atomic-energy.ru

В настоящее время уровень готовности разработки равен TLR5, то есть ее работоспособность демонстрируется на приближенных к реальным условиям макетах. Это означает, что до непосредственного промышленного производства пористой стеклокерамики остается совсем немного. Уже в 2023 году новый строительный материал начнут производить на саранском комбинате теплоизоляционных изделий (КТИ).

Астралены — уникальный огнетушащий состав

В последние годы отмечается увеличение интенсивности возникновения пожаров как в населенных пунктах, так и в лесистой местности. Проблема настолько масштабна, что регионам поручили в 2 раза сократить площади лесных возгораний и усилить контроль за проблемными зонами.

Однако победить огонь можно не только увеличением финансирования противопожарной безопасности, важны и разработки новых пожаротушащих составов. Особых успехов в этом направлении достигли специалисты из Санкт-Петербургского университета государственной противопожарной службы МЧС. Их целью было создание такого состава, который при меньшем расходе смог бы быстрее и интенсивнее тушить огонь. Благодаря наработкам петербургского профессора Андрея Пономарева, задачу удалось решить.

Фото: Unsplash

Запатентованные ученым частицы размером в несколько нанометров — астралены — как никто лучше справляются с огнем. Опытные испытания показали, что эффективность составов с астраленами по сравнению с обычными смесями на 30% выше, а скорость тушения возрастает в 3−4 раза. Сообщается, что даже нефтепродукты новая смесь способна потушить за считанные секунды.

Композитный материал для аэрокосмической отрасли

Для ракетно-космических устройств крайне важна тепловая износостойкость, так как, преодолевая атмосферу Земли, они разогреваются до температур свыше 1000 . Для их защиты применяют специальные углеродные композиты, способные обеспечить сохранность техники при температурах до 1600 . При более высоких температурах подобное покрытие уже не справляется, так как окисление становится неконтролируемым, а разрушения необратимыми.

Очевидно, что подобное температурное ограничение тормозит развитие аэрокосмической области, но решение проблемы есть. В НИТУ «МИСиС» в ходе экспериментальных работ сумели получить защитный композитный материал, устойчивый к экстремальным температурам более 2000  и к окислению. Ученые усовершенствовали существующие углерод-углеродные композиты карбидом кремния. Как сообщает руководитель лаборатории «МИСиС» Дмитрий Московских, новый защитный материал легок, быстр и экономичен в производстве.

Фото: Wikipedia / NASA

Другие интересные разработки в 2022 году

Среди прочих отечественных инноваций этого года стоит отметить биодобавку Cleavir, восстанавливающую здоровье после перенесения инфекции Covid-19. Интересна и веб-платформа для изучения 3D-геномики. Она позволяет просчитывать влияние укладки геномов в трехмерном измерении, давая возможность с высокой точностью вычислять возникновение генетических отклонений у пациента.

Не обошлось и без искусственного интеллекта. Предварительно обученные нейронные сети применили в области энергетики. Так, нейросети, входящие в комплекс «Нейродин», призваны моделировать критические режимы работы электростанций для последующего решения внештатных (аварийных) ситуаций.

А еще прошли успешные испытания абонентской аппаратуры персональной связи отечественной спутниковой системы «Гонец». Тестирование показало высокую точность работы оборудования, а также отличную работоспособность на различной местности при любых погодных условиях.

Хиты продаж и новинки
Самые лучшие цены на смартфоны
Обнаружили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.
Подпишитесь на нас