Ферромагнитные жидкости способны доставить лекарство в раковую опухоль

Как ферромагнитные жидкости доставляют лекарство в раковую опухоль и при чем здесь почтовая сова? Чем приготовление карамели схоже с моделированием процессов? Могут ли быстрые нейтроны остановить сокращение популяции белых медведей? Узнать это и кое-что еще можно только на «Научных боях», организованных ИЦАЭ. Молодые исследователи из «Росатома» объясняли суть своей сложной работы, используя простые аналогии и реквизит. Вот часть выступлений, а полностью видео выложено на канале Всероссийского фестиваля науки в YouTube.

УМНЫЕ МАГНИТНЫЕ ЖИДКОСТИ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ ХXI ВЕКА

Маргарита Каландия
Младшая научная сотрудница, ТРИНИТИ

— Ферромагнитная жидкость может быть на любой основе — ​вода, керосин, масло. В ней плавают феррочастицы размером всего несколько нанометров.

Частицы покрыты активным веществом, которое не позволяет им слипаться, и сильно намагничены: если мы включим внешнее магнитное поле, то частицы развернутся в его сторону.

Итак, у нас есть феррожидкость и постоянный магнит. Вне магнитного поля поверхность жидкости спокойная и гладкая. Мы подносим к ней магнит и видим, что на поверхности образуются острые клинья. Вращаем магнит — ​меняется и форма жидкости, ее положение в пространстве.

Есть ли безопасные для человека феррожидкости, которые можно ввести в кровь? Да. Такие используют в МРТ с контрастом. Можно ввести феррожидкость с лекарством и отправить ее в очаг болезни. Можно сравнить феррожидкость с почтовой совой, которая несет письмо — ​в нашем случае лекарство. И эта сова точно знает, куда лететь, потому что мы указали ей адрес, сконцентрировали в нужном месте магнитное поле.

Магнитные свойства феррожидкостей зависят от концентрации, формы и размера частиц, вязкости несущей жидкости. Мы и дальше будем их исследовать, выбирать наиболее перспективные.

ЗВЕЗДНЫЕ ВОЙНЫ: АЛМАЗЫ НАНОСЯТ ОТВЕТНЫЙ УДАР

Иван Клочков
Младший научный сотрудник, ТРИНИТИ

— Алмазные покрытия мы получаем в плазме оптического разряда при атмосферном давлении. Впервые этот процесс описал академик Юрий Райзер. Допустим, у меня есть вольфрамовая подложка, которую легко разорвать. Мы включаем мощнейший непрерывный газовый лазер, излучение проходит через копирующую систему и попадает в рабочий канал плазмотрона. Плазмотрон — ​это устройство, в котором и будет сконцентрирована плазма при атмосферном давлении. Далее мы запускаем в плазмотрон аргон, который нагревается благодаря лазерному излучению, и вспыхивает плазма. Ее температура достигает 18 тыс. К. Только представьте: температура поверхности Солнца — ​6 тыс. К. Дальше мы запускаем в плазмотрон водород и потом метан. Плазменная струя приобретает характерное зеленое свечение. Углерод молекулы С2 является основным строительным материалом для роста алмазного покрытия.

Осталось самое простое. Мы подносим вольфрамовую подложку к плазме. Происходят различные плазмохимические реакции, подложка приобретает новые характеристики — ​становится тверже, я не могу ее порвать. За лазерными технологиями будущее.

Алмаз — ​самый твердый минерал. Чтобы вырыть шахту метро, используют огромные землеройные машины, на зубья которых нанесено алмазное покрытие. Такие зубья долго служат и сокращают время проведения работ.

ПОЧЕМУ У КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И КУЛИНАРИИ ТАК МНОГО ОБЩЕГО

Александр Багдатьев
Руководитель проекта, ВНИИНМ

— Я занимаюсь компьютерным моделированием и хочу на примере приготовления карамели объяснить, как работают методы моделирования процессов.

Программные комплексы, моделирующие литье, штамповку, сварку и другие процессы, постоянно расширяют прикладной потенциал. Например, мы используем моделирование для создания конструктивных элементов ядерного топлива. Последовательность такая: инженер на основании чертежа или скана объекта строит твердотельную модель в программной среде. Модель разбивается на множество фрагментов. Эти мелкие фрагменты, их массив, формируют сетку объекта. Далее наш программный модуль воспроизводит то, что происходит с изделием в эксплуатации. На выходе мы получаем термодинамические и теплообменные расчеты, гидродинамические результаты, возможные места образования дефектов — ​что угодно, в зависимости от того, что мы исследуем и какой программный комплекс используем. Как же это работает на примере приготовления карамели?

Мы растолкли сахар, добавили воду и подогрели. Задавая разные условия, мы получаем разные результаты. Допустим, я хочу, чтобы карамель была кислая. Добавляю лимонную кислоту к сахару, полностью повторяю цикл и получаю кислую карамель. Аналогично с моделированием. Берем модель, которую хотим изготовить, проходим виртуальный цикл технологического процесса, нейросеть анализирует результат и сравнивает его с требуемым. При необходимости добавляем новые условия.

БЫСТРЫЕ НЕЙТРОНЫ НА ЗАЩИТЕ БЕЛЫХ МИШЕК

Екатерина Солнцева
Советница, ЧУ «Наука и инновации»

— Все мы нуждаемся в тепле, уюте, свете, комфорте. И все это в наш дом приносит энергетика. Но почему же тогда грустит белый мишка? Дело в том, что 80 % электроэнергии мы получаем за счет использования углеводородов: нефти, газа, угля, при сжигании которых образуется углекислый газ. Из-за парникового эффекта меняется климат на планете. Это приводит к таянию льдов, и нашему мишке скоро негде будет жить. И что же нам делать? Переходить на безуглеродную, чистую электроэнергию: ветра, солнца, воды и атома.

В тепловых реакторах коэффициент использования топлива менее 10 %. Более того, урана‑235 в руде всего лишь 0,7 %. А все остальное — ​уран‑238. По оценкам экспертов, урана‑235 осталось всего лишь на 70 лет. Но на помощь спешат быстрые реакторы, которые способны работать не только на уране‑235, но и на уране‑238, и на тории‑232. Это значит, что энергии хватит еще на тысячи лет.

Представим, что мы заложили новое топливо, уран‑238, в наш быстрый реактор — ​скажем, что это чудо-печь. Реакция будет идти дольше, энергии получим больше. При этом быстрые реакторы являются еще и реакторами-размножителями. И если мы положим в них два «полена», то получим в 1,5 раза больше «поленьев» для вторичного использования. Все это топливо можно использовать как для быстрых, так и для тепловых реакторов, тем самым замкнув ЯТЦ. Кроме того, с помощью быстрых реакторов мы можем утилизировать радиоактивные отходы и ОЯТ.

Так что быстрые реакторы позволят нам получить чистую неиссякаемую энергию и при этом сохранить климат на планете и спасти редкие виды животных. Сегодня в России работают крупнейшие в мире промышленные быстрые реакторы БН‑600 и БН‑800.

Посмотреть все выступления можно здесь.