Измерение паразитных полей в сферических токамаках
Сотрудники Национального исследовательского ядерного университета МИФИ создали экспериментальный комплекс для измерения магнитных полей в перспективных термоядерных установках – сферических токамаках. Разработка позволяет на масштабном образце выявлять вредные паразитные поля. Они возникают из-за микроскопических неточностей при сборке и искажают форму плазменного шнура. Для изучения проблемы физики построили масштабный образец токамака МИФИСТ-1 – кольцо, напечатанное на 3D-принтере, с проточенными канавками для укладки медного провода. Конструкция выполнена разборной: исследователи могут менять конфигурацию и отслеживать рост паразитного поля при изменении угла намотки. На макете возможно замерять поле в четырех точках по окружности тора, причем кассета с датчиками в сечении вынимается без полной разборки системы. Для измерений ученые спроектировали специальную печатную плату. На ней размещена матрица из 36 трехкомпонентных цифровых датчиков Холла и собственные микроконтроллеры. Система опрашивает датчики с частотой 1000 раз в секунду и сохраняет данные. Основной паразитной составляющей оказалось вертикальное поле, что согласуется с теорией. Таким образом исследователи получили инструмент, позволяющий зондировать поле в каждой точке. Теперь физики знают, где скрываются неучтенные факторы, и могут скорректировать конструкцию будущего реактора.
Модель отбора малодебитных нефтяных месторождений
Ученые РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина предложили расчетную модель для отбора малодебитных нефтегазовых месторождений, которая дает возможность вернуть в экономический оборот от 400 до 600 млн т запасов, прежде считавшихся нерентабельными. Сформированная модель на базе анализа геологических данных, затрат и сценариев финансирования позволяет определить, какие объекты целесообразно запускать в работу и при каких условиях это окажется выгодным. Ученые применили схему совместного недропользования к портфелю из 24 невостребованных месторождений. Для каждого объекта были просчитаны три варианта развития: умеренный, при котором капитальные затраты снижаются на 30 % и оптимистичный – на 40 %. Расчетная чистая прибыль для владельца лицензии в лучшем случае достигает 1,47 млрд руб., для оператора – 16,25 млрд руб. Разрыв закономерен: оператор вкладывается на старте, финансируя бурение, трубы и инфраструктуру, поэтому его доля больше. Владелец лицензии получает меньшую сумму, но и его вложения значительно ниже, при этом лицензия сохраняется. Недропользователь не теряет активы, оператор получает длинный контракт с предсказуемой доходностью, а бюджет – налоговые поступления. Аналогичный подход, по мнению ученых, применим и к газовым месторождениям.
Ученые повысили прочность термозащитных покрытий авиадвигателей
Исследователи из Томского политехнического университета совместно с коллегами разработали технологию получения термозащитных покрытий для деталей газотурбинных установок и авиационных двигателей. Для предохранения никелевых сплавов в горячих зонах газовых турбин и авиадвигателей используют высокотемпературные оксидные материалы. Самый применяемый сохраняет устойчивость лишь до температуры 1,2 тыс. ℃ и при этом интенсивно деградирует.
Химики предложили альтернативный подход: нанесение термозащитного слоя из SAN-материала – полимера, который увеличивает термостойкость, прочность и химическую стойкость – посредством плазменного напыления. Метод обеспечил получение тонких и защитных слоев, исключая необходимость предварительного синтеза твердого порошка. Подбор реагентов позволил определить оптимальное соотношение металлов в растворе для синтеза термопокрытия. Оно включает SAN-материал и аморфную фазу, способную варьироваться по составу и кристаллической структуре. Подобная комбинация открывает возможность регулировки характеристик покрытий. Так, преобладание в составе SAN-материала дает повышенную прочность и теплоизоляцию, тогда как рост доли аморфной фазы сказывается на термическом напряжении и износостойкости.
Расчет границ кипения нефтепродуктов с точностью до 3 °C от Пермского Политеха
Специалисты Пермского Политеха и компании Промышленная кибернетика создали математический метод, с высокой точностью определяющий температуры начала и конца кипения нефтяных фракций. Метод рассчитывает показатели с точностью до 3 °C, опираясь на надежно измеряемые заводские данные середины разгонки – точки выкипания 10, 50 и 90 % объема. На заводе всегда точно знают, при какой температуре выкипает 10, 50 и 90 % топлива. По этим точкам математическая формула вычисляет температуру начала и конца кипения. Применив метод к реальным образцам, ученые впервые рассчитали температуру появления первых паров: для керосина – 144,1 °C, для дизеля – 202,3 °C. Также определили температуру конца кипения. Исследователи построили графики, показывающие не объем выкипевшего топлива, а скорость этого процесса. Это позволило определить, насколько сильно керосин и дизель перемешиваются при перегонке. Чем больше их пересечение, тем больше примесей попадает из одной фракции в другую. Разработка позволяет настраивать процессы нефтепереработки быстро, точно и с минимальными рисками брака. Инженеры могут самостоятельно рассчитывать температуры начала и конца кипения, используя только стабильные данные середины разгонки. Построенные дифференциальные кривые наглядно показывают, насколько чисто колонна разделяет разные виды топлива.
Электродные материалы для накопителей электротранспорта
Ученые Московского политехнического университета разрабатывают новые электродные материалы для литий- и натрий-ионных аккумуляторов и суперконденсаторов, предназначенных для систем накопления энергии электротранспорта. В основе – тонкие пленки наноструктурированного оксида вольфрама. Их наносят на токопроводящие подложки методом электрохимического электроосаждения. Полученные образцы демонстрируют удельную емкость 630 Ф/г для суперконденсаторов и 685 мАч/г для литий-ионных аккумуляторов. Эти значения соответствуют уровню лучших мировых аналогов. Оксид вольфрама также способен менять светопропускание под воздействием электрического напряжения. Данное свойство открывает возможность использования тех же материалов в умных стеклах с регулируемой прозрачностью. В планы ученых входит отработка технологии синтеза и режимов нанесения оксид-вольфрамовых пленок. Далее предполагается изготовление макетных образцов гибридной системы накопления энергии и их лабораторные испытания, а затем будет разработан технологический регламент и подготовлены рекомендации по масштабированию для промышленного применения.
Прогнозирование деформаций оптоволокна в экстремальных условиях
Геологи используют оптоволоконные кабели в медной оболочке, чтобы предсказывать извержения вулканов и землетрясения по изменениям лазерного «эха». Однако при создании волокна, в процессе его остывания, медь сжимается сильнее стекла и создает микроизгибы, что искажает сигнал. Причина кроется в неточных компьютерных моделях, которые игнорируют разную температуру застывания кварца и металла. Ученые Пермского Политеха разработали трехмерную модель, которая учитывает разные тепловые режимы застывания слоев и представляет оптическое волокно не как плоский круг, а как реальный объемный цилиндр, и задали для каждого слоя свою начальную температуру. Для кварцевого стекла – это 1350–1450 °C, интервал, где оно перестает быть вязкотекучим и начинает накапливать напряжения. Для медного покрытия – 1080 °C. Ученые рассчитали, как температура оптического волокна снижается от этих значений до комнатной +25 °C. Расчет показал, что если увеличить толщину кварцевого слоя, который находится между сердцевиной и медью, со 125 до 200 микрон, то радиальные деформации сердцевины снижаются на 36 %, толщина самой меди при этом не меняется. Более толстый слой кварцевой оболочки работает как амортизатор. Составленная модель позволит в будущем учесть неравномерность медного покрытия и влияние микроизгибов на светопроводящие свойства оптического волокна.
