Российские физики разработали математическую модель, которая позволит увеличить качество ядерного топлива


Ученые-физики из Московского физико-технического института (МФТИ) и Объединенного института высоких температур российской Академии наук (ОИВТ РАН) разработали математическую модель, которая описывает подвижность линейных дефектов в диоксиде урана. Это, в свою очередь, позволит предсказать поведение ядерного топлива в реакторах при различных эксплуатационных режимах. А в настоящее время российские ученые заняты поиском международных партнеров, которые вместе с ними будут использовать результаты данной работы в области ядерной энергетики.

Автором математической модели является научная группа, возглавляемая Артемом Луневым, Алексеем Куксиным и Сергеем Стариковым. Расчеты этой модели являются первым разом в истории науки, когда подвижность и поведение дефектов, так называемых дислокаций, были изучены столь подробно. Знания о подвижности дефектов могут быть использованы для изучения и предотвращения более сложных процессов, включая процесс, называемый распуханием ядерного топлива.

Все это позволит в будущем разработать конструкцию топливных элементов следующего поколения на основе диоксида урана, которые смогут работать при более высоких температурах и при большем механическом напряжении, нежели нынешние топливные элементы. И самым главным является то, что это все может быть сделано на уровне математического моделирования, без необходимости проведения дорогостоящих и потенциально опасных экспериментов.

Источник

Ученые создали самые тонкие электрические "провода", имеющие толщину в три атома


Ученые-физики из Стэнфордского университета и Национальной лаборатории линейных ускорителей SLAC разработали метод синтеза того, что можно считать самым тонким на свете электрическим проводником. Новый метод, позволяющий производить нанопроводники, толщиной всего в три атома, может в будущем использоваться при производстве токопроводящих тканей, в создании оптоэлектронных устройств и даже сверхпроводящих материалов, которые проводят электрический ток без потерь при комнатной температуре.

"Сырьем" для производства нанопроводников являются так называемые алмазоиды (diamondoids), соединения состоящие из углерода и водорода, которые в изобилии встречаются в углеродосодержащих жидкостях, нефти, к примеру. Эти крошечные молекулы были выделены исследователями, и к каждой молекуле был присоединении атом железа при помощи определенной химической реакции.


Синтез нанопроводников производился в среде раствора, содержащего атомы меди и серы в качестве катализатора процесса. А собственно процесс протекал под воздействием сил Ван-дер-Ваальса, сил, которые определяют силы притяжения или отталкивания между молекулами различных типов.

"Подобно блокам конструктора LEGO, модифицированные алмазоиды совмещались друг с другом строго определенным способом, который определен их размером и формой" - рассказывает Фей Ху Ли (Fei Hua Li), исследователь из Стэнфордского университета, - "Атомы меди и серы соединялись с каждым алмазоидом и формировали ядро нанопроводника, которое было окружено "изолирующим слоем" собственно из алмазоидов".


Данные исследования являются продолжением предыдущих исследований, в ходе которых в свое время ученым из Стэнфорда удалось создать диод из алмазоидов и молекулы фуллерена. А дальнейшие работы в данном направлении позволят при помощи такой же технологии создавать нанопроводники не на основе только атомов меди, а на основе атомов цинка, железа, серебра и других материалов.

"Нанопроводники на основе цинка можно будет вплести в ткань, превратив ее в генератор, вырабатывающий электричество" - рассказывает Николас Мелош (Nicholas Melosh), - "А собственно разработанный нами метод представляет собой нечто вроде универсального набора инструментов, при помощи которого мы можем создавать множество новых материалов со строго заданными электронными, оптическими и физическими свойствами".

Источник

Ученым удалось кардинально увеличить время существования звуковых волн внутри стекла


Известно, что кварцевое стекло является одним из самых прозрачных материалов на свете. Свет может распространятся по оптическому волокну, которое изготавливается преимущественно из кварцевого стекла, на десятки километров, прежде, чем его интенсивность начнет заметно снижаться. Такая высокая прозрачность, низкая стоимость и высокая технологичность стекла обуславливает то, что оно является основой всех оптоволоконных технологий, используемых для передачи больших объемов информации. Но у стекла имеется и несколько загадочных свойств. При комнатной температуре стекло является превосходным проводником акустических волн, в этом достаточно легко удостовериться, несильно стукнув чем-то металлическим по краю стеклянного бокала и слыша "стеклянный звон" в течение нескольких секунд. Однако, в отличие от большинства других материалов, акустическая проводимость стекла резко падает при снижении температуры.

Такие специфические акустические свойства достаточно долго являлись тайной для ученых, исследующих и использующих стекло в своих экспериментах. В 1960-х годах ученые обнаружили еще целый ряд озадачивающих свойств стекла, оно проводит тепло намного хуже, чем ожидалось, и оно нагревается гораздо медленнее, чем определено теорией, учитывающей кристаллическое строение этого материала. Позже ученые нашли объяснение этим фактам, они заключаются в наличии внутри стекла поглощающих областей, которые взаимодействуют со звуковыми колебаниями в той же самой манере, как атомы взаимодействуют со светом. Однако, истинная природа этих "акустических атомов" в стеклянной среде так и не до конца понята учеными и по сегодняшний день.

В дальнейших исследованиях ученые выяснили, что величина коэффициента поглощения "акустических атомов" в стекле увеличивается по мере снижения температуры. И при достижении температурной точки, лежащей в пределах криогенного диапазона, стекло практически перестает быть акустическим проводником.

Группа ученых из Йельского университета нашла путь к увеличению акустической проводимости стекла. Они использовали свет лазера со строго определенной длиной волны для генерации интенсивных акустических волн в ядре волновода стеклянного акустического волокна. Этот свет приводил к генерации звуковых волн одной частоты, которые распространяясь по оптическому волокну, изменяли свою частоту и регистрировались специальными датчиками. При этом, за счет необычной технологии возбуждения акустических волн они, эти волны, распространялись и существовали в оптическом волокне гораздо дольше, чем при обычных условиях.

Исследователи считают, что данное достижение может стать основой новых технологий высокоточных измерений и новых принципов обработки информации. "Наша работа является первым шагом к появлению новой области - программируемой акустической динамики в стеклянной среде" - рассказывает Питер Рэкич (Peter Rakich), ученый из Йельского университета, - "Принципы этой динамики позволят реализовать новые методы управления светом, распространяющимся в стеклянной среде, что может быть использовано при разработке фотонных вычислительных устройств, оптических коммуникационных устройств, датчиков и многого другого".

Источник

Космический телескоп Hubble обнаружил лазер, размером с галактику


То, что вы видите на приведенном снимке, является галактикой одного из достаточно распространенных видов. Однако, у этой галактики имеется одна большая и захватывающая особенность, вся она действует как один огромный лазер астрономического масштаба, лазер, который излучает не свет видимого диапазона, а когерентное микроволновое излучение. И, как всем нам известно, такие лазеры называют мазерами.

По сути, галактический мегамазер - это процесс, в котором принимают участие огромные астрономические структуры и объекты внутри галактики, такие, как облака межзвездного газа. В силу различных причин эти объекты находятся в "правильном" физическом и энергетическом состоянии для того, чтобы работать в качестве усилителя света или микроволнового излучения. И, естественно, в этой галактике имеется масса других объектов, звезд, к примеру, которые не имеют никакого отношения к процессам работы мегамазера.

Галактика, являющаяся "домом" астрономического мегамазера, носит название IRAS 16399-0937, и она находится на удалении 370 миллионов световых лет от Земли. Представленное здесь изображение этой галактики, похожей на красивый бутон космической розы, совершенно не соответствует ее высокоэнергетическому характеру. Данный снимок был сделан в различных диапазонах электромагнитного спектра при помощи разных инструментов телескопа Hubble, но "главную скрипку" в этом деле сыграли две камеры телескопа - Advanced Camera for Surveys (ACS) и Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS).

Превосходная чувствительность, высокая разрешающая способность и большой угол охвата камеры NICMOS дали ученым-астрономам уникальную возможность подробного изучения особенностей внутренней структуры галактики IRAS 16399-0937. Было найдено, что галактика имеет двойное ядро, состоящее из ядер двух галактик, которые слились воедино в далеком прошлом. Эти два космических объекта IRAS 16399N и IRAS 16399S, находятся на расстоянии 11 тысяч световых лет друг от друга и они заключены в объеме одного и того же "водоворота" космического газа . А взаимодействие этих объектов и является движущей силой этого огромного галактического мегамазера.

Оба галактических ядра, IRAS 16399N и IRAS 16399S, имеют совершенно различные характер и природу. В недрах ядра IRAS 16399S заключена область, в которой идут очень интенсивные процессы формирования новых звезд, а ядро IRAS 16399N относится к классу LINER (Low Ionization Nuclear Emission Region). Излучение от этого объекта в большей части является излучением от слабо ионизированных или нейтральных облаков, состоящих из смеси определенных видов газов. И в недрах "северного" ядра IRAS 16399N скрывается огромная черная дыра, масса которой в 100 миллионов раз превышает массу нашего Солнца.

Источник