Теги → учёные
Быстрый переход

Британские учёные предложили улавливать углекислый газ из атмосферы с помощью суперконденсаторов

Ежегодно в атмосферу выбрасывается около 35 млрд тонн CO2. Как признали в ООН, копящийся в атмосфере углекислый газ представляет собой главную угрозу для человечества в войне с глобальным потеплением. К сожалению, улавливать и связывать углекислый газ при производстве и в воздухе — это крайне затратные мероприятия, которые ещё сильнее усиливают углеродный след от промышленной деятельности человека. Учёные из Кембриджа нашли решение этой проблемы.

 Источник изображения: University of Cambridge

Источник изображения: University of Cambridge

Учёные разработали недорогое устройство, которое может избирательно улавливать углекислый газ во время зарядки. В процессе работы под нагрузкой, когда «устройство» разряжается, CO2 высвобождается под контролем и может быть собран для повторного использования или отправлен на хранение. Этим устройством является суперконденсатор, детали которого для большей экологичности изготовлены из безопасных и чистых материалов.

В частности, электроды суперконденсатора изготавливаются из углерода, полученного при сжигании скорлупы кокосовых орехов, а в качестве электролита на водной основе взята морская вода. Поглощение CO2 из воздуха начинается тогда, когда суперконденсатор ставят на зарядку. Углекислый газ активно поглощается электролитом в районе отрицательного электрода. В серии экспериментов учёные показали способность поглощать электролитом измеряемые объёмы углекислого газа.

По сравнению с другими решениями связывания углекислого газа, например, при нагревании амина (одного из органических производных аммиака), метод суперконденсатора более энергосберегающий и, к тому же, позволяет запасть электрическую энергию, что ещё больше повышает привлекательность такого решения. В настоящий момент учёные не предлагают готового решения для систем поглощения углекислого газа из атмосферы с помощью суперконденсаторов, но рекомендуют пристальнее присмотреться к суперконденсаторам, о чём сообщают в статье в журнале Nanoscale.

В Австралии придумали самозаряжающийся аккумулятор — для работы ему достаточно влаги из воздуха

Учёные считают, что половина попадающей на Землю солнечной энергии расходуется на испарение воды с её поверхности. Австралийская компания Strategic Elements поставила перед собой цель задействовать хотя бы часть этой энергии в виде электричества. Совместно с местными учёными компания разработала аккумулятор, который заряжается сам исключительно за счёт разницы во влажности на его электродах: чем выше влажность, тем быстрее происходит заряд.

 Источник изображения: University of New South Wales

Источник изображения: University of New South Wales

В сообщении на своём сайте Strategic Elements умолчала о деталях технологии, которая лежит в основе разработки «энергетических чернил» (Energy Ink). Однако информация о научных партнёрах из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) и Государственного объединения научных и прикладных исследований (CSIRO) даёт понять, о какой разработке может идти речь.

Дело в том, что не так давно группа учёных из UNSW и CSIRO в журнале Nano Energy опубликовала статью об аккумуляторе, работающем на градиенте (перепаде) влажности. В основе разработки лежит оксид графена, о котором также говорит компания Energy Ink. Оксид графена в аккумуляторе играет роль носителя ионов и средой для их появления в процессе поглощения влаги из воздуха. Электродами служат слой легированного фтором оксида олова (FTO) и серебра.

 Источник изображения: University of New South Wales

Источник изображения: University of New South Wales

В сухом «функциональном слое» из оксида графена протоны иммобилизованы (зафиксированы) и неподвижны. При появлении перепада влажности одна сторона начинает поглощать из воздуха молекулы воды, в процессе чего происходит их ионизация, что также вызывает образование карбоновой кислоты (COOH) и положительно заряженных ионов водорода (гидридов). С влажной стороны гидридов больше и ионы мигрируют в сторону сухой стороны слоя оксида графена, что приводит к созданию разности потенциалов или напряжения на электродах. По мере высыхания гидриды возвращаются в исходное состояние. Образование влаги вновь запускает процесс, и устройство снова заряжается и готово к работе.

Разработчики уверяют, что прототип аккумулятора будет представлен в третьем квартале этого года. В ходе экспериментов аккумулятор смог выработать напряжение 0,85 В и ток 92,8 мкА на квадратный сантиметр поверхности. Уточним, батарея изготавливается из гибких материалов и обещает первой попасть на рынок электронных пластырей медицинского назначения. В теории она даже сейчас способна обеспечить питание подавляющему числу носимой электроники только за счёт работы от пота на коже человека.

 Источник изображения: University of New South Wales

Источник изображения: University of New South Wales

Для производства гибкого самозаряжающегося от влаги в воздухе аккумулятора ёмкостью один ампер-час необходимо создать элемент площадью 36 см2. Для демонстрации концепции компания изготовит элемент площадью 100 см2 и имеет потенциальную возможность изготовить элемент площадью 3 м2. Ждём интересных результатов.

Учёные предложили идеальный квантовый компьютер — его основой станет охлаждённый до состояния «камня» неон

Учёные значительно разошлись во взглядах на идеальный квантовый компьютер. За его основу предлагают брать сверхпроводящие кубиты, оптические ловушки и атомы (ионы) в различных условиях, а также ловушки для электронов в полупроводниках и не только. Всё это вместе и по отдельности серьёзно изучается свыше 20 лет, но идеального решения как не было, так и нет. Возможно, основой для идеального кубита станет охлаждённый до твёрдого состояния неон.

 Источник изображения: Dafei Jin/Argonne National Laboratory

Источник изображения: Dafei Jin/Argonne National Laboratory

В свежей статье в журнале Nature группа специалистов под руководством Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США объявила о создании новой платформы для формирования кубитов (квантовых битов). За основу платформы учёные взяли чистый нейтральный газ неон, который охладили до твёрдого состояния. Нейтральность и чистота неона гарантировали высочайшую степень помехозащищённости кубита от внешних воздействий и, следовательно, его устойчивость — способность достаточно долго сохранять квантовые состояния.

В качестве собственно кубита учёные использовали электрон. Электрон испускался обычной нитью лампочки накаливания при нагреве и попадал на поверхность охлаждённого неона, где захватывался в ловушку. На изображении выше вольфрамовая нить испускает электроны, которые захватываются (красным) охлаждённым до твёрдого состояния неоном. Схема управляется сверхпроводяшей цепью под кубиком неона. Синим показано квантовое состояние электрона на поверхности неона (волновая функция в представлении художника).

В серии опытов учёные показали, что одиночный электрон на твёрдом неоне достаточно долго сохранял состояние суперпозиции — время когерентности оказалось сравнимо с теми вариантами кубитов, которые находятся в разработке свыше 20 лет. Иными словами, новая платформа на старте показала себя очень и очень перспективной. Другой вопрос: станет ли она основой для идеальных кубитов? На это учёные будут искать ответ в новых исследованиях.

В США разработали «водный» электролит, который упростит производство литиевых аккумуляторов и сделает их дешевле

При производстве литийсодержащих аккумуляторов вода в их составе должна быть в следовых количествах, иначе батареи быстро выходят из строя. Это делает производство литиевых аккумуляторов сложнее и дороже, с чем разработчики категорически не готовы мириться и ищут новые подходы.

 Источник изображения: ACS Applied Materials & Interfaces

Источник изображения: ACS Applied Materials & Interfaces

Специалисты Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) решили изучить молекулярное поведение воды в ряде солёных сред — электролитов — в составе литийсодержащих аккумуляторов, для чего был использован один из местных суперкомпьютеров. С помощью моделирования учёные хотели в деталях понять все процессы, которые сопровождают воду в электролитах при взаимодействии с катодами и анодами батарей.

Моделирование показало, что наиболее губительные для электродов процессы происходят при соединении нескольких молекул воды в «нанолужицы», после чего возникают окислительные реакции и начинается деградация электродов. Если молекулы воды изолировать друг от друга, что можно сделать, подобрав состав солей для электролита, то вода в литийсодержащих аккумуляторах не ухудшает его характеристик. Более того, производство литийсодержащих аккумуляторов на водных электролитах сделает их чище экологически, и это будет проще и дешевле, чем сейчас.

Данные по исследованию учёные опубликовали в журнале ACS Applied Materials & Interfaces. Изготовление аккумуляторных ячеек на «водных» электролитах для проверки теории было проведено в лаборатории на установке по анализу, моделированию и прототипированию ячеек (CAMP) и показало многообещающие перспективы.

Представлена простая технология производства динамиков в рулонах — источником звука может стать любая поверхность

Учёные из Массачусетского технологического института разработали простую технологию производства звуковых динамиков. Они могут выпускаться в рулонах и по толщине не больше обычных бумажных обоев. В источник качественного звука можно будет превратить любую поверхность.

 Источник изображения: MIT

Источник изображения: MIT

Исследователи заменили динамик с одним большим диффузором на сплошное поле из тысяч диффузоров (динамиков) микронного размера. Высота каждого диффузора (купола) составляет 15 микрон. Это примерно в шесть раз тоньше человеческого волоса. Во время звучания ход диффузоров не превышает половины микрона. Но все вместе микродинамики создают звук значительной громкости, чтобы их можно было использовать в качестве обычных звуковых колонок.

«Это замечательное ощущение — взять то, что выглядит как тонкий лист бумаги, прикрепить к нему два зажима, вставить в порт наушников компьютера и начать слышать звуки, исходящие из него. Его можно использовать где угодно. Для его работы нужен лишь небольшой запас электроэнергии», — рассказал Владимир Булович (Vladimir Bulović), заведующий кафедрой новых технологий Fariborz Maseeh, руководитель лаборатории органической и наноструктурной электроники (ONE Lab), директор MIT.nano и ведущий автор статьи.

В ходе экспериментов тонкоплёночный динамик закрепили на стене в 30 см от микрофона. При подаче питания 25 В с частотой 1 кГц динамик создал звуковое давление 66 дБ — это громкость обычного разговора. На частоте 10 кГц звуковое давление выросло до 86 дБ или до уровня шума на загруженной транспортом улице. Потребление тонкоплёночного динамика при этом было на уровне 100 мВт на квадратный метр его площади. Обычная звуковая колонка для создания такого звукового давления в аналогичных условиях потребовала бы свыше 1 Вт.

Производить тонкоплёночные динамики очень просто. К перфорированному пластику подкладывается пьезоэлектрическая плёнка толщиной 8 мкм. Сверху создаётся вакуум, а нижняя часть разогревается до 80 °C. Плёнка вздувается в отверстиях и купол диффузора готов. Точнее, диффузоры образуются на всей площади, где есть перфорация. Низ плёнки ламинируется, чтобы избежать повреждений диффузоров и снизить искажения звука. Пьезоэлектрик после подачи сигнала начинает вибрировать с его частотой и создаёт звуковое давление перед своим фронтом — генерирует звук.

Подобными «обоями» можно обклеить комнату, внутреннюю поверхность в самолётах и машинах и так далее, что кроме звука от стен позволит организовать активное шумоподавление. Также технология позволит выпускать интересные гаджеты и, в целом, наверняка найдёт массу применений в сфере развлечения и не только.

Учёные научились быстро печатать сложные 3D-структуры из стекла — это пригодится для биотехнологий, оптики и не только

Химически и термически устойчивое стекло намного предпочтительнее в промышленности, медицине и науке, чем пластик. И если люди научились неплохо справляться с печатью пластиковых 3D-моделей, то 3D-печать из стекла могла бы помочь в развитии многих перспективных направлений. Теперь это возможно. Американские и немецкие учёные научились быстро печать стеклянные 3D-модели микронного масштаба.

 Источник изображения: Adam Lau/Berkeley Engineering

Источник изображения: Adam Lau/Berkeley Engineering

В основе предложенной технологии лежит придуманный учёными Фрайбургского университета материал Glassomer и изобретённый в Калифорнийском университете в Беркли метод 3D-печати под названием «компьютерная аксиальная литография» (CAL). Метод CAL был представлен около четырёх лет назад. Это фотополимерный метод печати, при котором в толщу жидкой полимерной смолы под разными углами проецируется 2D-модель. Там где сила света достигает порогового значения, происходит быстрое затвердевание смолы. Потом модель достаточно помыть в растворителе для удаления жидкого состава и модель готова, на что уходят считанные минуты.

Предложенный немцами материал Glassomer представляет собой смесь прозрачного полимера с порошком из кварцевого стекла. В эту прозрачную смесь также можно проецировать модель, после чего происходит её отвердевание. После этого модель помещается в печь, где пластик выжигается, а кварцевый порошок спекается в одно стеклянное изделие.

По словам учёных, которые по результатам работы опубликовали статью в престижном журнале Science, впервые удалось напечатать стекло со структурами в диапазоне 50 микрометров всего за несколько минут, что примерно соответствует толщине человеческого волоса. Кроме того, поверхности компонентов получились более гладкими, чем при использовании обычных процессов 3D-печати.

Возможное применение инновационного производственного процесса видится в создании микрооптических компонентов датчиков, при производстве гарнитур виртуальной реальности и современных микроскопов. «Возможность производить такие компоненты на высокой скорости и с большой геометрической свободой позволит в будущем создавать новые функции и более экономически эффективные продукты», — говорят авторы разработки. Особенно перспективным выглядит производство структур в виде микроканалов для приборов медицинской диагностики в системах на чипе, что откроет путь к новой медицине и лучшему контролю над заболеваниями.

Предложена концепция магнитоэлектрического транзистора — идеального для организации оперативной памяти

Группа американских учёных предложила и испытала концепцию транзистора, состояния которого переключаются под воздействием элементарной намагниченности. К затворам таких транзисторов не нужно прикладывать напряжение, что ведёт в итоге к значительным расходам энергии. Вся схема работает на управляемой ориентации спинов атомов вещества в подложке транзистора. Это снизит потребление, а также позволит создавать сверхкомпактные ячейки памяти.

 Источник изображения: University of Buffalo / Advanced Materials

В зависимости от направления спинов атомов вещества подложки (красные или зелёные стрелки), электроны в слое графена отклоняются влево или вправо. Источник изображения: University of Buffalo / Advanced Materials

Целью работы, публикация которой состоялась в журнале Advanced Materials, было представить доказательства надежного спин-зависимого транспорта в монослое графена, осажденного на поверхность антиферромагнитного (AFM)/магнитоэлектрического оксида хрома (Cr2O3). Иными словами, учёные брались доказать, что в атомарно тонком слое материала с электронной проводимостью (на примере графена, но это могут быть любые другие 2D-материалы) возможно уверенно регистрировать сигналы после влияния на этот материал спиновым (магнитным) воздействием.

Графен, как и любой другой атомарно тонкий материал, интересен тем, что электроны в нём продвигаются на относительно большие расстояния без изменения ориентации спина (направления магнитного диполя). В сочетании с оксидом хрома проявились интересные свойства графена. Приложение небольшого напряжения к оксиду хрома выстраивало спины атомов этого вещества на его поверхности в месте контакта с графеном строго в определённой ориентации в зависимости от полярности приложенного напряжения: вверх при подаче на контакт положительного напряжения и вниз при подаче отрицательного.

При этом электроны в слое графена, лежащего непосредственно на поверхности оксида хрома, чутко реагировали на смену ориентации спинов атомов оксида хрома. Подчеркнём, как таковое магнитное поле вокруг слоя графена отсутствовало. Реакция спинов электронов в графене была исключительно на ориентацию спинов атомов подложки. В одном случае спины электронов в графене дружно отклонялись влево, а в другом случае — вправо. И этот сигнал был чётко различимым при температурах вплоть до комнатных.

Поскольку предложенный транзистор работает без переключения токов, он может сохранять установленное состояние даже после снятия питания. Это упростит организацию ячеек памяти и запоминающих устройств. Впрочем, предложенная концепция и выбор графена, а также оксида хрома к нему в пару — это лишь начало. Научные коллективы по всему миру могут начать проводить эксперименты в этом направлении, используя интересные для них материалы. Работа на общий результат приведёт к ещё более удивительным открытиям.

Шведские учёные создали химический накопитель солнечной энергии — он позволяет хранить «заряд» годами

Группа учёных из шведского Технологического университета Чалмерса около 10 лет занимается проблемой химического накопления солнечной энергии. Исследователи разработали жидкость, которая под воздействием света меняет свою молекулярную структуру и остаётся в таком состоянии годами. Превратить накопленную энергию в электричество можно в любое время с помощью простых реакций, что делает разработку перспективной для питания широкого спектра устройств.

 Источник изображения: Chalmers University of Technology/Daniel Spacek/neuroncollective.com

Источник изображения: Chalmers University of Technology/Daniel Spacek/neuroncollective.com

В основе аккумулирующей энергию жидкости MOST (MOlecular Solar Thermal) лежит соединение углерода, водорода и азота. При освещении жидкости её молекулярный состав видоизменяется, превращая её в изомер. В таком виде жидкость без изменения молекулярного состава может храниться до 18 лет. Чтобы обратно получить энергию из жидкости необходимо пропустить её через катализатор. Энергия высвобождается в виде тепла, которое, в свою очередь, подаётся на термоэлектрический генератор и вырабатывает электрический ток.

Опытная установка позволяет получать 1,3 Вт энергии с одного кубического метра жидкости. Для коммерческого использования такого объёма энергии недостаточно, поэтому дальнейшая работа будет направлена на повышение эффективности процессов накопления и преобразования. В будущем, уверены учёные, жидкостная система длительного накопления энергии вполне может появиться в смартфонах и в носимой электронике, как и в системах накопления энергии в домах и в других приложениях.

Шведские учёные опубликовали работу об исследовании в журнале Cell Reports Physical Science. Статья свободно доступна по ссылке.

Немецкие учёные предложили технологию послойного осаждения лития в вакууме — это позволит повысить ёмкость аккумуляторов

Специалисты Института органической электроники, электронно-лучевой и плазменной технологии им. Фраунгофера (Fraunhofer FEP) разработали пригодные для массового производства технологии послойного осаждения лития в вакууме. Эти технологии помогут экономно расходовать сырьё и добиваться высокого качества электродов литиевых батарей, что обещает до 65 % повысить плотность запасаемой энергии и дальность пробега электрического транспорта.

 Источник изображения: Fraunhofer FEP

Источник изображения: Fraunhofer FEP

Достичь большей плотности запасаемой энергии для литийионных аккумуляторов можно заменой графитовых анодов на аноды на основе кремния и, в будущем, на основе металлического лития. Учёные из Fraunhofer FEP как раз разработали технологию получения в промышленных масштабах тончайших слоёв как чистого лития, так и слоёв из композитных соединений, например, лития с кремнием.

Обычно литиевые слои производятся в виде тонких плёнок с помощью процессов прокатки, что требует использования вспомогательных материалов и ведёт к значительному объёму посторонних загрязняющих литий примесей. Немецкие учёные предложили создавать слои лития толщиной 1–20 мкм методом термического осаждения из паровой фазы в вакууме без каких-либо загрязняющих добавок. Литий нагревают до температуры 500–700 °C и доводят до состояния пара, который затем осаждается на подложке. Утверждается, что это даёт возможность создавать слои металлического лития заданной толщины с высочайшей степенью равномерности.

Выпаривание и осаждение лития проходит в инертной воздушной среде с соблюдением повышенных мер техники безопасности. Если необходимо создать композитные слои, то к потоку лития в паровой фазе добавляется пар из другого рабочего вещества или нескольких веществ. При этом достигается очень высокая скорость нанесения покрытий, которая в сочетании с рулонным методом изготовления электродов обещает высочайший уровень производительности при изготовлении аккумуляторов.

В процессе экспериментов было установлено, что электрохимически активным остаётся около 80 % осаждённого лития. За счёт оптимизации процессов исследователи намерены увеличить этот показатель до 90 % и более. Учёные уверены, что они добьются поставленных целей, и внедрение технологии осаждения лития в производство произойдёт в течение следующих пяти лет.

Эксперимент подсказал путь к увеличению ёмкости натрийионных аккумуляторов на 50 %

Группа американских учёных из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США на практике реализовала поговорку о том, что лучше один раз увидеть, чем десять раз прочесть. Исследователи с помощью электронного микроскопа и рентгеновской установки воочию проследили за изменениями в атомарной структуре катодов натрийионных батарей в процессе подготовки материала к производству, что выявило пути к улучшению характеристик аккумуляторов.

 Источник изображения: Argonne National Laboratory

Источник изображения: Argonne National Laboratory

Для взрывного развития электрического транспорта и систем сглаживания пиков выработки энергии из возобновляемых источников необходимы недорогие, ёмкие, надёжные и выдерживающие множество циклов заряда аккумуляторы. Литийионные аккумуляторы плохо подходят для решения всего круга задач. Поэтому многие связывают надежды с натрийионными аккумуляторами, хотя они далеки от совершенства даже в лабораторных условиях.

Одним из серьёзных недостатков натрийионных аккумуляторов является быстрая деградация катодов и анодов даже после небольшого количества циклов заряда и разряда. Учёные из Аргоннской национальной лаборатории поставили серию экспериментов, в ходе которых они вели наблюдения за атомной структурой катодов при подготовке материала к производству. Выяснилось, что ключевой причиной снижения количества циклов заряда и разряда натрийионных батарей становятся дефекты в атомарной структуре катодов в процессе подготовки материала для изготовления этого электрода.

В конечном итоге эти дефекты приводят к структурным изменениям в катоде, что ведёт к катастрофическому снижению производительности при циклическом использовании аккумулятора. Вооружившись этими знаниями, разработчики батарей теперь смогут регулировать условия синтеза для изготовления гораздо более совершенных натрийионных катодов. Как считают исследователи, новые знания помогут на 20–40 % увеличить ёмкость натрийионных аккумуляторов, что поможет в развитии множества новых отраслей. Добавим, статья об исследовании опубликована в журнале Nature Communications и свободно доступна по ссылке.

Кубиты из магнитов: учёные показали квантовую связь между двумя крошечными магнитами

Магнетизм уже сыграл свою роль в важнейших открытиях, которые изменили наше общество. Жёсткие диски, МРТ и многое другое, список будет продолжаться и продолжаться. Новое открытие показывает, что магнетизм способен проявлять в нашем мире даже квантовые явления. Поэтому нельзя исключать, что квантовые компьютеры также войдут в перечень достижений, в основе которых лежат магнитные взаимодействия.

 Источник изображения: Yi Li/Argonne National Laboratory

Источник изображения: Yi Li/Argonne National Laboratory

В новом исследовании учёные Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США добились достаточно продолжительной квантовой связи — когерентности — между двумя крошечными магнитными сферами. В проведенном эксперименте было показано, что два макрообъекта продемонстрировали состояние квантовой запутанности, когда обмен взаимодействий между ними происходил мгновенно.

Для демонстрации эффекта связи учёные создали сверхпроводящий контур, который работал как резонатор. В контур поместили две разнесённые на 1 см небольшие магнитные сферы из железо-иттриевого граната (YIG). Сферы были удалены друг от друга на расстояние примерно равное 30 диаметрам. Сверхпроводящий контур (резонатор) обеспечивал сильные взаимодействия между сферами и служил своего рода линией связи между магнитными сферами.

Выбор железо-иттриевого граната был обусловлен тем, что этот синтетический минерал поддерживает возбуждение квазичастиц, называемых магнонами. Эти возбуждения возникают, когда электрический ток генерирует магнитное поле. Созданная в эксперименте связь между магнонами в обеих сферах как раз носила характер квантового взаимодействия и поддерживалась достаточно долго, чтобы дать надежду на появление в будущем кубитов на основе предложенного решения.

«Дистанционная связь магнонов — это первый шаг или почти предпосылка для выполнения квантовой работы с магнитными системами, — сказал автор исследования старший научный сотрудник Аргоннской национальной лаборатории Валентин Новосад,. — Мы демонстрируем способность этих магнонов мгновенно связываться друг с другом на расстоянии».

Власти США готовы финансировать смелые проекты в области термоядерного синтеза

На днях Государственный департамент и Министерство энергетики США представили «провидческий десятилетний прогноз» в сфере достижения коммерческого термоядерного синтеза. В этих структурах ожидают ускоренного продвижения к термоядерной энергетике, чему они надеются помочь финансированием из федерального бюджета. В то же время власти признают, что это только начало и всем им ещё предстоит убедиться, что деньги вкладываются в нужные инициативы.

 Устройство токамака MAST Upgrade. Источник изображения: dailymail.co.uk

Устройство токамака MAST Upgrade. Источник изображения: dailymail.co.uk

По словам министра энергетики США Дженнифер Грэнхолм (Jennifer Granholm), выделяемые сегодня Министерством $50 млн будут направлены на поддержку «базового проекта» экспериментальной термоядерной установки. «Этого недостаточно. Это начало — но мы просто хотим убедиться, что мы вкладываем деньги в то, о чём мы думаем», — признала она.

Сумма предложенного финансирования будет разделена на две части. До $20 млн будут направлены на поддержку исследований на установках сферических токамаков с целью улучшения моделирования и научного понимания поведения плазмы на таких установках. Что интересно, финансировать по этой статье будут также иностранных учёных. В частности, предусмотрен бюджет для работ на британском сферическом токамаке MAST Upgrade (Mega Ampere Spherical Tokamak).

Американские учёные смогут получить опыт и научные результаты на британской термоядерной установке, которая демонстрирует определённый прогресс. В отличие от обычных токамаков с рабочей камерой в форме бублика токамаки с рабочей камерой близкой к сферической форме требуют заметно меньших по силе электромагнитных полей для удержания плазмы. С точки зрения коммерческой эксплуатации термоядерных реакторов это намного выгоднее.

Вторая часть финансирования в объёме до $30 млн будет направлена на поддержку исследований, нацеленных на повышение эффективности термоядерного синтеза и увеличение продолжительности удержания плазмы (реакции синтеза). Данная часть исследований затронет целый спектр научных работ от поиска материалов и создания инструментов для проектирования реакторов до понимания физики процессов поведения частиц плазмы при взаимодействии с элементами реактора, включая разработку систем отбора энергии.

«В дальнейшем Министерство энергетики будет координировать все исследования в области термоядерной энергии под одним зонтиком, чтобы использовать все возможности для развития технологии», — сказала министр. Куратором направления станет Скотт Хсу (Scott Hsu), который в настоящее время возглавляет программы по термоядерному синтезу в Агентстве перспективных исследовательских проектов Министерства энергетики (ARPA-E).

Британцы поставили рекорд температуры плазмы в компактном термоядерном реакторе — «термояд в каждый дом» обретает черты

Британская компания Tokamak Energy сообщила о достижении рекордной температуры плазмы в сферическом токамаке ST40. Плазма в рабочей камере реактора была разогрета до 100 млн °C. Это порог, за которым лежит путь к коммерческим установкам. Путь этот продлится ещё не менее десяти лет, но извилистая тропинка уже обещает превратиться в прямую дорогу к бесконечной и чистой энергии.

 Сферический токамак. Источник изображения: Tokamak Energy

Сферический токамак ST40. Источник изображения: Tokamak Energy

Компания Tokamak Energy своей разработкой стремится показать, что относительно компактный и поэтому условно недорогой термоядерный реактор реально разработать, собрать и запустить в работу. Четыре года назад компания запустила прототип реактора ST40 и добилась в нём нагрева плазмы до 15 млн °C. После анализа данных установка была модернизирована и теперь на ней получен рекордный для сферических токамаков результат — 100 млн °C. Для обычных термоядерных реакторов с тороидальной рабочей камерой это давно не рекорд, но для сферических токамаков это новая ступенька в достижениях.

Сферические токамаки позволяют удерживать плазму при намного меньшей индукции магнитного поля, если сравнивать их с обычными токамаками и стеллараторами. Нетрудно понять, что это ведёт к ощутимой экономии в процессе эксплуатации установок.

В случае установки ST40 компании Tokamak Energy примечательным можно считать то, что разработка и производство прототипов ведётся за счёт частных средств. Более того, на работы потрачено до $70 млн, что для разработок подобного уровня выглядит фантастикой.

На следующем этапе с учётом полученного результата установка снова будет модернизирована и получит название ST-HTS. Ключевым моментом улучшения конструкции токамака станет использование электромагнитов на основе материалов с высокотемпературной сверхпроводимостью. В компании считают, что это откроет путь к проектированию прототипа коммерческого термоядерного реактора на предложенном принципе. И если запуск реактора ST-HTS состоится к середине 20-х годов, то к началу 30-х годов можно рассчитывать на запуск первой экспериментальной термоядерной установки.

Массачусетский технологический институт прекратил сотрудничество со Сколтехом

Накануне Массачусетский технологический институт уведомил руководство Сколковского технологического института (Сколтех) о прекращении сотрудничества. Сделано это в связи с последними событиями на Украине с участием России. Теперь разрыв сотрудничества подтвердили и в Сколтехе.

 Источник изображения: Pixabay

Источник изображения: Pixabay

Программа MIT Skoltech возникла в 2011 году, когда США стремились «перезагрузить» отношения с Россией. «В то же время Россия стремилась создать инновационную экономику, а преподаватели Массачусетского технологического института хотели создать новые исследовательские альянсы в областях, представляющих общий интерес, с ведущими коллегами по всему миру, включая Россию, страну, обладающую исключительными научными талантами», — говорится в пресс-релизе MIT.

После согласования деталей между представителями российских властей и Государственного департамента США на окраине Москвы был создан Сколковский институт науки и технологий, известный сегодня как Сколтех. «Сегодня Сколтех — это динамично развивающийся университет с высококлассными преподавателями и аспирантами, работающими на переднем крае научных исследований». В свете сложившихся обстоятельств руководство MIT считает необходимым свернуть совместную деятельность и перевести участников совместных проектов на новые исследования.

В свою очередь представители руководства Сколтеха сообщили, что сожалеют о прекращении в связи со сложившейся ситуацией отношений между Сколтехом и Массачусетским технологическим институтом.

«За 10 лет сотрудничества MIT внёс значительный вклад в становление Сколтеха как открытого всему миру технического университета, приверженного подготовке студентов, активно развивающих науку и инновации в России и мире, — сказано в пресс-релизе Сколтеха. — Мы убеждены, что образование и международное академическое сотрудничество должны оставаться неразрывными символами и проводниками принципов доброй воли и преемственности».

Британские учёные разработали технологию, которая позволит следить за состоянием корпуса реактора термоядерной электростанции

Проект термоядерного реактора ИТЭР на юге Франции должен стать первым демонстратором положительной термоядерной реакции синтеза в установках типа токамак. Следующим шагом, который пока ещё не утверждён, станет проект «ДЕМО» или строительство первой в Европе термоядерной электростанции. Тепловые и другие рабочие режимы ДЕМО будут выше, чем у ИТЭР, поэтому многие вещи приходится разрабатывать заново, что уже и происходит.

 Команда британских учёных на фоне рабочей камеры термоядерного реактора. Источник изображения: University of Surrey

Команда британских учёных на фоне рабочей камеры термоядерного реактора. Источник изображения: University of Surrey

Группа учёных из британского Университета Суррея (University of Surrey) разработала технологию слежения за остаточным напряжением в стальных корпусах реакторов и сварных швах. Методика британских учёных позволяет оценивать прочностные характеристики металлов в объёме стальных конструкций, а не в отдельных точках. Это важно для безопасности работы термоядерных реакторов.

«Сейчас мы вступаем в фазу инженерного проектирования следующего поколения термоядерных электростанций, опираясь на десятилетия исследований UKAEA и более широкого международного термоядерного сообщества. Наша команда будет решать инженерные задачи для ускорения демонстрации термоядерного синтеза», — сказал доктор Ицян Ванг (Yiqiang Wang), старший инженер по материалам в Управлении по атомной энергии Великобритании.

Ожидается, что корпус рабочей камеры будущего реактора ДЕМО будет выполнен из специально разработанной для него и для других реакторов стали EUROFER 97. Максимальная температура в реакторе ДЕМО будет достигать 650–700 °C, что выше, чем в реакторе ИТЭР (300–550 °C). Сталь для реактора ИТЭР (SS316) также не подходит для ДЕМО по другим соображениям. В частности, из-за повышенной чувствительности первой к гелию (рубашка реактора ИТЭР охлаждается водой, а ДЕМО будет охлаждаться жидким гелием), при контакте с которым происходит охрупчивание, и к нейтронам, под воздействием которых происходит распухание стали.

Для ДЕМО и последующих решений была разработана малоактивная ферритно-мартенситная сталь EUROFER 97 и её аналоги в других странах. Малоактивность также означает, что накопление в стенках реактора радиоактивных веществ будет протекать медленнее и без значительного роста. Со временем всё это придётся утилизировать и тысячи тонн радиоактивной стали могли бы стать проблемой.

Британские учёные рассчитывают, что новая методика поможет в полном объёме следить за жизненно важными процессами в стенках реакторов, что может приблизить как завершение технического проекта ДЕМО (к 2030 году), так и ввод электростанции в эксплуатацию (к 2048 году).

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Биткоин ненадолго стал дороже $30 тысяч, но теперь снова опустился 11 мин.
Xbox отказалась от лицензии на «Человека-паука», что позволило PlayStation забрать эксклюзивность себе 2 ч.
Следующий фестиваль игр по Warhammer пройдёт в начале июня — обещают анонсы по Warhammer 40,000: Space Marine 2 и Darktide 3 ч.
Поддержка трофеев в рамках PS Plus подтверждена ещё для нескольких классических игр, включая Ape Escape и Wild Arms 3 ч.
Авторы Sniper Elite 5 раскрыли системные требования и рассказали про стелс в игре 4 ч.
Демоверсия вдохновлённого The Legend of Zelda экшена XEL стала доступна для скачивания в Steam 4 ч.
Take-Two завершила приобретение Zynga за $12,7 млрд — пока что это самая крупная сделка в истории видеоигр 5 ч.
Instagram создала эксклюзивные шрифты Instagram Sans — они позволят отличить Reels от TikTok 5 ч.
Студия-разработчик последних Deus Ex могла выпустить свою Final Fantasy XV, но Square Enix передумала 5 ч.
Видео: список целевых платформ и отрывки игрового процесса в новом трейлере экшен-приключения I, the Inquisitor 6 ч.
Huawei объявила о прекращении сотрудничества с Leica — новым партнёром немецкой компании стала Xiaomi 2 ч.
AMD подарит покупателям Radeon RX 6000 игры Saints Row и Sniper Elite 5 2 ч.
Поставщиком фронтальных камер для iPhone 14 впервые станет южнокорейская LG Innotek 2 ч.
Oppo представила серию смартфонов Reno8 с чипами Snapdragon 7 Gen 1, Dimensity 1300 и 8100 Max 3 ч.
Huawei представила недорогой 23,8-дюймовый монитор MateView SE с режимом электронной книги 3 ч.
Huawei представила тонкие ноутбуки MateBook D16, MateBook 14 и MateBook D14 на базе Intel Alder Lake 3 ч.
Intel построит за $700 млн огромную лабораторию для разработки систем охлаждения для ЦОД будущего 5 ч.
MediaTek представила 6-нм процессоры Dimensity 1050, Dimensity 930 и Helio G99 для смартфонов среднего уровня 5 ч.
Kingston представила IronKey Vault Privacy 80 — внешний SSD с сенсорным экраном и криптографической защитой 6 ч.
MediaTek анонсировала чипы Wi-Fi 7 для корпоративных и потребительских продуктов 6 ч.