Глобальное исследование принесло неутешительные новости: почти 87% людей регулярно не получают качественный сон и не достигают уровня физической активности, необходимого для долгосрочного здоровья. И ученые выяснили, что один из этих факторов влияет сильнее, чем другой.
Чтобы лучше понять взаимосвязь между сном и физической активностью, исследователи Университета Флиндерса собрали мировые данные о здоровье 70 963 людей, которые использовали два потребительских гаджета — сенсор под матрасом для отслеживания сна и фитнес-трекер на запястье.
Что показало исследование?
Авторы обнаружили, что только 12,9% участников регулярно спали 7-9 часов и делали не менее 8 000 шагов в день. А почти 17% стабильно спали меньше семи часов и проходили менее 5 000 шагов ежедневно.
Но самое интересное — как сон и активность влияют друг на друга. У тех 12,9%, кто хорошо спал и много двигался, физическая активность заметно возрастала после ночи качественного сна. Если они спали меньше, их активность падала — даже если в среднем за годы исследования они все равно попадали в диапазон «7–9 часов сна».
Вывод: сон и физическую активность нужно рассматривать не отдельно, а как две части одного процесса. Причем исследований о том, как упражнения помогают сну, много, а вот о том, как сон влияет на активность — значительно меньше. Ученые считают, что необходимо больше внимания уделять именно сну, потому что он создает базу для активности на следующий день.
«Мы обнаружили, что хороший сон — особенно качественный — обеспечивает более активный день», — говорит ведущий автор исследования Джош Фиттон. «Те, кто хорошо спали, больше двигались на следующий день. Но дополнительные шаги почти не улучшали сон следующей ночью. Это подчеркивает важность сна, если мы хотим повысить физическую активность».
При этом больше часов сна не означало больше движения, был определенный предел. Все, что превышало 7 часов, почти не влияло на количество шагов.
Исследование также показывает, что большинству людей сложно одновременно соблюдать норму сна и норму активности — 87,1% с этим не справляются.
«Наши выводы ставят под сомнение реалистичность существующих рекомендаций и показывают, насколько сложно большинству людей и спать достаточно, и вести активный образ жизни», — добавляет Фиттон. «Лишь совсем небольшая часть людей достигает обеих норм ежедневно. Нам нужно пересмотреть рекомендации и помочь людям вписать их в реальную жизнь».
Ученые подчеркивают: нужно перестать воспринимать сон как просто «время между делами», ведь он является важной частью здоровья.
«Приоритет сна может быть самым эффективным способом повысить энергию, мотивацию и способность больше двигаться», — говорит соавтор исследования, профессор Дэнни Экерт. «Простые шаги — меньше экранов перед сном, стабильный режим, спокойная обстановка в спальне — могут сильно помочь».
В метаанализе 15 проспективных когортных исследований включающий 47 471 взрослых и 3013 смертей (2022 год), стремились определить связь между количеством шагов в день и частотой шагов со смертностью от всех причин [1].
«Увеличение количества шагов в день было связано с прогрессивно снижающимся риском смертности, при этом у пожилых людей (60+) риск стабилизировался примерно на 6000-8000 шагов в день, а для более молодых (до 60) примерно 8000-10000 шагов в день».
«Увеличение ежедневной пиковой скорости ходьбы в течение любого (не обязательно последовательного) 30-минутного или 60-минутного периода, независимо от количества шагов в день, было связано со снижением смертности. И наоборот, поправка на объём шагов, время ходьбы со скоростью 40 шагов в минуту или быстрее и 100 шагов в минуту или быстрее не были связаны со смертностью».
Короче говоря, чем больше вы будете ходить, тем меньше у вас риски коньки отбросить. Смертность была в 2 раза ниже у тех, кто нахаживал указанную планку шагов, чем «амёбы». Вот и выходит, что чем выше активность, тем человек здоровее. Но, возможно, и наоборот, чем человек здоровее, тем больше и чаще он может ходить.
Метаанализ 2021 года пришёл к такому же выводу: больше ходим – больше живём [2].
Выводы:
- пройти норму шагов (8000-10000) – это самое простое что можно сделать для популяризации физической активности;
- не зря говорят: «Движение – жизнь!»;
- шевелите булками, возьмите себе за правило ежедневные прогулки, возможно, доживёте до пенсионного возраста!
6.30 утра, рейс Пекин-Гуаньчжоу. Летим еле живые, проснулись то в 3 ночи.
С высотой давление в кабине падает и начинает невыносимо хотеться спать.
Я говорю второму пилоту китайцу:
-Ты как?
-Я нормально...
-Я вздремну 15 минут, порулишь?
-Да, конечно.
Передаю ему управление: "You have control". Он задвигает столик, хватается за ручку: "I have control".
Думаю, вроде серьезный парень.
Откидываю спинку, закрываю глаза, слушаю переговоры в эфире, монотонный шум двигателей и мгновенно засыпаю.
Слышу сквозь сон как диспетчер нас вызывает, затем еще раз. Открываю глаза, смотрю направо, а второй спит мертвым сном!
Подскочил, вышел на связь с диспетчером. Он перевёл нас на другую частоту. Смотрю назад, третий тоже спит! Будить не стал, но громко выругался матом.
Такое случается регулярно во всех авиакомпаниях мира. Пилоты вечно уставшие, в состоянии хронического недосыпа. Бывает, что оба отключаются ненадолго.
Иногда так хочется спать, что просто спишь с открытыми глазами и не можешь вспомнить последние пару минут. В таком состоянии стоит на 7-10 секунд закрыть глаза и готов. И ничего не помогает. Ни кофе, ни вода, ни красота стюардессы))
Процедура сна
Во многих компаниях процедура сна регламентируется документально:
При выполнении ночных рейсов допускается "контролируемый сон" на эшелоне не более 30 минут без перехода в фазу глубокого сна.
Глупее чуши я еще слышал! Сон это не оргазм, чтоб его контролировать. Может йогой начать заниматься, чтоб контролировать сон, да еще и переход в фазу глубокого сна?
Хорошо, когда экипаж слётанный и пилоты доверяют друг другу. Тогда можно спокойно вздремнуть пол часика, зная, что напарник не подведет и не позволит себе даже на минуту закрыть глаза. Потому, что понимает-это опасно!
Но есть люди безответственные, которым не хочешь доверять самолет и оставлять одних в кабине. В основном из числа вторых.
Бывает передашь управление, выбежишь в уборную на минуту.
Возвращаешься в кабину, а он закинул голову и сидит с закрытыми глазами. Или в планшет пялится, за которым приборы не видно.
Думаешь про себя: "Понятно, почему тебя в капитаны не вводят..."
Я не знаю ни одного пилота из числа рядовых или начальства, кто бы не спал в кабине. Спят все. Каждый ночной рейс. Здесь лишь вопрос ответственности того, кому пилотирующий пилот передал управление и доверил самолет.
Надеюсь, никого не напугал своими откровенными рассказами🙂
С вами был лётчик Миша, лидер рок-группы SAHALIN. Спасибо за внимание, друзья! Если вам нравятся мои статьи, вы можете поддержать мой канал доннатами.
Кинолохи местного разлива распространяют по интернету очень интересную байку: «Собака спит в кровати хозяина потому, что считает вас беспомощным звеном стаи». Мол, вы настолько беззащитны и уязвимы, что шерстяной герой берёт на себя ответственность и всю ночь напролёт защищает вас от бабайки.
Эта байка строится на старой как мир теории доминирования в стае волков. Её в конце прошлого века закинул в массы Дэвид Мич, исследователь волков. Он наблюдал за животными в зоопарке и установил, что в стае есть альфа-вожак и подчинённые. Люди подхватили это и с радостью стали применять теорию на собак, а роль вожака естественно на себя.
Спустя несколько лет Мич опроверг свою теорию, поскольку исследования были произведены неправильно. Оказалось, что у волков нет альфы, а вся их стая строится на взаимоотношениях родителей и детей. Но никто слушать его не стал, старая теория была слишком популярна.
Современные исследования показывают, что собака видит в нас скорее «родителя», чем вожака. Мы заботимся о них, приносим еду и чешем пузико – ну какое тут доминирование или байки про нашу беспомощность! Барбосы так любят спать в кровати просто потому, что там мягенько, тепло и человек любимый рядом. И нет, животина не пытается вас таким образом задоминировать. Работать с кинологом и запрещать барбосу спать на постели стоит только в том случае, если собака перестала в эту самую постель пускать вас.
Все знают, что для того, чтобы похудеть, нужно меньше жрать и больше двигаться. Звучит красиво, но на практике «меньше жрать» не всегда получается. Почему? Потому что «на одной диете не наедаюсь, сижу на двух». А что мешает больше двигаться? НИ ЧЕ ГО!
Выскажу свою позицию по этому поводу. Вообще, я убеждён, что люди не так уж и много едят. То есть вряд ли кто-то из вас съедает даже по 5000 ккал в день. На каком-нибудь запойном мероприятии возможно. На постоянку – очень сомневаюсь. По большому счёту, люди всё равно едят какое-то «среднее количество еды». И суть не в том, что «раньше было лучше», а сейчас «сплошное ГМО», всё везде химическое и калорийное, а в том, что повседневная физическая активность людей с каждым годом всё меньше и меньше.
Никого не смущает, что раньше шли «в поле пахать» несколько км, а сейчас на работу на авто, и весь день сидим за компьютером. За водой на колонку с вёдрами ходили, а сейчас кран открыл и будьте-здрасьте. Дрова колоть, и печь топить не нужно, робот-пылесос ездит, сосёт лучше, чем твоя бывшая, готовить не нужно, полно готовых полуфабрикатов, да и заказать можно что угодно. Всё для удобства людей!
Думаете раньше питались лопухами и энергией солнца? На жирненьком маслице пожарили хрюшку с яичками и картошечкой, половиной буханки заели, кваском самодельным запили, и это только на завтрак. Думаю, там по калориям ели ещё похлеще, чем вы сейчас. И вовсе не потому, что продукты были какими-то особыми и «натуральными». И в «тогдашней» колбасе можно было найти не только пальцы повара, но и вчерашнюю газету «Правда».
Забавно, но, чаще всего, рассуждают о том, что «раньше было лучше» люди после 2000 года рождения, которые понятия не имеют как было раньше, только по слухам.
Короче говоря, я не сторонник меньше есть. Живём один раз, ну как не попробовать «новый Баунти со вкусом мяса»? Я сторонник того, что нужно больше двигаться! Гораздо больше двигаться! Не тренироваться, а двигаться! Повседневная физическая активность! «Надвигать» можно на 1000-2000 ккал в сутки. Это полторта сожрать можно, неужели мало?
А вот «меньше жрать» - это уже вынужденная мера, когда «не можешь» больше двигаться. Взял в кавычки лишь потому, что, чаще всего, люди просто ленятся, отсюда и непонимание того, «где взять время, если целый день на работе за компом». Каждый раз, когда я берусь детально разобрать питание и активность отдельно взятых людей, оказывается, что у человека просто море возможностей «шевелить попой» даже на сидячей работе. Просто лень!
Выводы:
- если вы категорически не хотите есть меньше, а носить штаны на пару размеров больше уже устали, то повышайте свою физическую активность! На самом деле не так уж это и сложно. Постепенно взяли за привычку делать зарядку, затем перестать пользоваться лифтом, гулять в обеденный перерыв, чаще вставать с рабочего места, и вместо позвонить коллеге – дойти до него лично. По мелочи, не спеша, но прививая себе различные «двигательные привычки». Уверяю, такими «мелочами» вы насобираете активности в разы больше, чем потратите в зале на беговой дорожке.
Белоярская АЭС — единственная в мире промышленная атомная электростанция с реакторами на быстрых нейтронах и, соответственно, жидкометаллическим теплоносителем. Такие АЭС разрабатывали во многих странах с конца 1950-х, но, кроме СССР и позднее России, они нигде надолго в эксплуатации не остались (за исключением исследовательских установок). Реакторы на быстрых нейтронах — один из примеров технологий в атомной энергетике, которые испытывали ранее, но оставили без существенного развития из-за низких экономических показателей. Их очень дорого строить. Новые материалы способны спровоцировать ренессанс подобных пока что экзотических схем
Перспективные проекты атомных электростанций в принципе невозможны без разработки новых материалов. Например, сверхкритические водяные реакторы (как ВВЭР-СКД) — в них роль теплоносителя играет вода в сверхкритическом состоянии. То есть ее давление превышает 22,1 мегапаскаля. Это выгодно, потому что позволяет повысить эффективность всей АЭС примерно до 45 процентов против 30-33 у реакторов нынешнего поколения. Сверхкритическую жидкость можно разогреть до более высоких температур, а любая тепловая машина работает тем эффективнее, чем больше разница температур между ее горячей и холодной частями.
Сверхкритическую воду в качестве теплоносителя давно используют в газовых тепловых электростанциях. Это сравнительно отработанная технология. Для атомной энергетики же это не просто новинка, а изменение, требующее пересмотра всей «начинки» АЭС. Да, конструкция реакторов станет проще, следовательно — дешевле и быстрее в изготовлении. Но есть большие проблемы.
Сверхкритическая вода по-другому замедляет нейтроны, может вызывать коррозию там, где обычная вода практически инертна, а также рискует начать разлагаться на кислород и водород под действием ионизирующего излучения в определенных условиях. Иными словами, перспективы огромные, но и вызов непростой.
В сверхкритических реакторах такое высокое давление внутри активной зоны, что при определенных спектрах им не подходят обычные топливные таблетки. Диоксид урана со всеми имеющимися вариантами покрытий просто не работал так, как требовалось физикам. Возможные материалы — кандидаты топлива тоже не подходили.
Наши специалисты долго думали над этой проблемой и пришли к альтернативному решению. Отказавшись от стандартных таблеток внутрь твэла с топливной композицией добавили компенсатор давления. Таким образом внешнее давление компенсировалось топливом, а избыточное распухание топлива забирал на себя компенсатор. Разумеется важны детали: были рассчитаны форма, толщина, подобран правильный материал компенсатора. Наглядная иллюстрация прикладного подхода: если какую-то задачу не получается решить имеющимися или перспективными средствами, имеет смысл объединить усилия ученых разных специальностей и конструкторов.
Не металлами едиными
В примерах выше почти всегда упоминались металлы либо их оксиды. Но это не единственные материалы, которыми занимаются материаловеды атомной отрасли. Естественно, есть еще керамики, пластики, бетоны и многое другое. Большая часть ресурсов уходит на разработку этих типов материалов.
Внимательный читатель уже, наверное, заметил, что не хватает целого спектра различных материалов, которые часто упоминаются в контексте высокотехнологичных отраслей. Да, мы о мета-, нано- и прочих приставках, а также об аддитивных технологиях.
Это не приоритетные направления, но по ним тоже ведут работу. Большие перспективы видны в печати металлическими порошками. У подразделений «Росатома» есть наработки по печати крупных деталей, вплоть до целой выгородки реактора — внутренних структур активной зоны, которые окружают тепловыделяющие элементы. Тем не менее есть большая проблема со специалистами в области экзотических материалов. Их огромный дефицит. Можно сказать, что экзотика в области материаловедения для атомной энергетики — крайне выгодное направление для выбора нынешними студентами.
Довольно часто это невероятно интересные и «красивые» технологии, уникальные люди, которые создают материалы с нестандартными сочетаниями свойств. Но нам не хватает людей. Причем речь идет не о специалистах в единственном числе, а о командах. Все наши разработки — это долгие проекты, за редким исключением. И мы должны гарантировать выход материала в промышленном масштабе к определенному сроку готовности изделия. В чем риски? Вот мы взяли сотрудника, он перспективный, занимается уникальной и очень многообещающей экзотикой. Но что делать, когда он заболеет? Женится? Поменяет приоритеты в жизни? Немного цинично, но это прагматизм прикладной науки.
Именно поэтому особо ценятся команды специалистов, научные школы, устойчивые кооперации. Да, договориться порой непросто: научные споры — зрелище не для слабонервных. Но и результат учитывает мнение не одного гения, а еще опыт эксплуатации прежних разработок и так далее. Для проверки своих возможностей у нас есть программа аванпроектов — сравнительно небольшое финансирование на перспективные идеи, которые мы поможем проверить с помощью своих ресурсов, главное — ответственно обосновать ожидаемые свойства материала.
В последние годы научная этика поменялась, и теперь в перечень работ по подготовке большого НИОКР принято включать не только аналитические обзоры, но небольшое исследование в обоснование разрабатываемой гипотезы. Все это помогает в реализации НИОКР и получении финансирования.
Какое будущее готовят уже сегодня
Материаловедение в атомной отрасли существует на стыке фундаментальных и практических дисциплин. Это одна из тех сфер человеческой деятельности, где всегда есть место чему-то новому, удивительному и при этом максимально связанному с реальностью, практикой.
Ближайшие десятилетия для ядерной энергетики обещают быть временем множества прорывов и революций, на нее возлагают большие надежды во всем мире. Назревает атомный ренессанс, и российские атомщики прямо сейчас воплощают в реальность проекты, которые наверняка будут востребованы уже завтра.
Особенно впечатляет, насколько сильна и важна кооперация в «атомном» материаловедении. Нет ни одного универсального предприятия или научной организации, слишком сложная дисциплина. За корпуса реакторов отвечает ПАО НПО «ЦНИИТМАШ», внутрикорпусные материалы делает и разрабатывает ЦНИИ конструкционных материалов «Прометей» (Курчатовский институт) — список можно продолжать долго. При этом без постоянного тесного взаимодействия и обмена опытом успех невозможен.
Была у нас забавная история. Материаловеды в лаборатории, как оказалось, не совсем представляли возможности производства. Разработали кандидатный материал, изготовили образцы, подтвердили характеристики — и казалось бы, прямая дорога к масштабированию. Заказали изготовление промышленного полуфабриката на завод. Те посмотрели спецификацию, все сделали, как написано, отправили пробную партию обратно. В лаборатории смотрят, а свойства сильно различаются: чистота слишком высокая, нужных примесей нет. Звонят на завод: как так, куда подевали, всегда же были. Там им и отвечают: в спецификации же указали верхнюю планку, без нижней (обычно материаловеды уточняют, ведь есть привычный минимальный уровень), вот мы для вас выполнили заказ по высшему классу — оборудование позволяет. В итоге, с одной стороны, потратили время, с другой — подтвердили значимость примесей в определенной металлической матрице. Вывод: надо знать все нюансы технологии производства.
Это благодатная почва для развития не только самой атомной отрасли и молодых специалистов как ее части. Новые материалы, инженерные решения и сопутствующие открытия в фундаментальных науках двигают общий научно-технический прогресс в стране.
Помимо энергетики, разрабатываемые атомной отраслью материалы и решения применяют в точном машиностроении, медицине, электронике и космонавтике. Это мощнейший стимулятор роста и развития всех смежных областей экономики и промышленности.
Осень, дождь, грязь, слякоть- не повод не получать удовольствие от выезда на природу! Ну как, кто-то получает удовольствие, а кто-то бегает рядом) И помните, спорт это жизнь, и ему не важна погода!
Инженеры помещают замедлитель между столбиками топлива и повышают эффективность цепной реакции. Для реакторов, в которых теплоносителем выступает вода, она же служит замедлителем нейтронов.
Ну а захват «лишнего» нейтрона атомным ядром приводит к его превращению в изотоп. Например, уран-238 становится ураном-239. Поскольку в новом ядре соотношение протонов и нейтронов становится иным, его стабильность почти всегда существенно ниже, чем у изначального атома. В зависимости от того, какое топливо используется в реакторе, захват нейтрона может быть как полезным явлением, так и вредным. Комбинируя замедлители и отражатели нейтронов, активную зону конфигурируют так, чтобы в ней преобладали нейтроны нужных энергий.
Кроме ядерных реакций деления, в атомных реакторах постоянно идут процессы распада. Фактически почти все, что находится в топливных таблетках, радиоактивно: само топливо, продукты распада, ионизированные и подвергшиеся нейтронной бомбардировке материалы связующего для топлива. Это приводит к постоянному потоку альфа- и бета-частиц, гамма-квантов, а в особо редких случаях — непосредственно осколков деления.
Подытоживая все происходящее в реакторе, стоит выделить наиболее критические факторы, определяющие выбор материалов для его конструкции:
для активной зоны и окружающих ее конструкций — нейтронный поток и гамма-излучение, хотя второе в нормальных условиях имеет недостаточную интенсивность, чтобы значительно повредить материалы, и опасно только для людей;
для активной зоны и ее компонентов (например, выгородки реактора и каналов теплоносителя) — высокие температура и давление, нейтронный поток, наведенная радиоактивность и гамма-излучение в небольшой степени;
для тепловыделяющих сборок — высокие температура и давление, нейтронный поток, наведенная радиоактивность и гамма-излучение;
для топливных таблеток — сразу все, включая все виды ионизирующего излучения и особенно высокую температуру (некоторые типы топлива обладают плохой теплопроводностью и склонны к локальному перегреву).
При этом воздействие ионизирующего излучения на различные материалы вполне понятно и предсказуемо. А с высокими температурой и давлением инженеры научились работать уже давно — задолго до появления АЭС. Хотя некоторые прорывы возможны и в этой области, она неспецифична для атомной отрасли.
Нейтронное излучение — другое дело. Его эффекты в большой степени хаотичны и порой кажущаяся незначительной корректировка технологий обработки материала или его химического состава радикально изменяет его поведение в реакторе. Поэтому основной фокус внимания ученых-материаловедов «Росатома» и смежных организаций направлен на изучение взаимодействия нейтронного потока с различными материалами или их комбинациями.
Как разрабатывают новые материалы для атомной отрасли
Материаловедение — прикладная дисциплина, решающая в первую очередь практические задачи. Есть конструкция или отдельная деталь, для которых имеющиеся материалы неоптимальны — ищем способы их улучшить или создать новые. В общих чертах это и есть основной принцип разработки новых материалов во всех отраслях. Атомная энергетика здесь не исключение.
Но прежде всего важно определиться с терминологией. Дело в том, что для материаловеда само слово «материал» означает гораздо более узкое понятие, чем мы привыкли в быту.
Материал — это не просто дерево, металл, керамика, стекло или бетон. Конкретная сталь со строго определенным химическим составом, отлитая и закаленная — это один материал. Если она же кованая — уже другой. Или она закаленная, отпущенная при разных температурах — и ее свойства будут отличаться в широких пределах.
Для материаловеда важна биография образца: как и где добыли сырье для его изготовления, какие процедуры подготовки оно проходило, что именно с ним делали в процессе обработки. какие свойства приобрел этот материал в результате всех манипуляций с ним.
Выше, на видео симуляция каскада столкновений, вызванного попаданием тяжелого иона (трииодид бора) в металл (железо). Нейтронное излучение приводит к аналогичным эффектам, лишь вероятность взаимодействия отличается. Единичная частица, попадая в материал, вызывает смещение не только того атома, с которым сталкивается, но и всех его соседей. Им передается часть кинетической энергии, причем ее количество гораздо больше, чем при теплопереносе. В результате выбитыми со своих мест в кристаллической решетке могут оказаться не только атомы на поверхности, но и глубоко внутри материала. Так образуются полости, смещения фаз кристаллической решетки и даже микротрещины
Контроль и надзор в сфере ядерной безопасности, а соответственно, одобрение использования тех или иных материалов в ядерных установках осуществляет Ростехнадзор. Для конструктора оборудования АЭС существует объемный «справочник всех материалов», в котором содержится список всего, что прошло аттестационные испытания под определенные условия эксплуатации. Каждая строчка в этом документе — отдельный материал, который инженеры-конструкторы могут использовать в допустимых пределах.
Вне зависимости от того, насколько революционным и по всем расчетам безопасным получится проектируемое изделие, если в нем хоть где-то используют неаттестованные материалы, контролирующий орган такое строительство никогда не одобрит. Именно поэтому все новые материалы нужно тщательно испытывать и проверять на соответствие требованиям, установленным в стандартах и конструкторской документации.
В общих чертах идеализированный процесс разработки нового материала выглядит следующим образом. Сначала на этапе подготовки проекта, если выясняется, что существующих материалов недостаточно, ставится задача создать новые. Расчетными методами, моделированием подбирают список материалов-кандидатов, которые проходят первичную проверку в лабораторных условиях. Так тестируют их коррозийную устойчивость, механические и химические свойства. Одновременно проверяют возможность производства этих материалов на оборудовании, имеющемся в распоряжении самого предприятия или у его подрядчиков.
Образцы, которые подтвердили свои свойства во время первичных анализов, отправляют на облучение. Раньше приходилось загружать образцы в исследовательский реактор на несколько лет — только так можно оценить реальный эффект воздействия нейтронного потока. Он выражается в СНА, смещениях на атом кристаллической решетки, — единице дозы облучения, позволяющей сравнивать уровень повреждений в реакторах с различным нейтронным спектром и при облучении различными частицами.
Выше на картинке просвечивающая электронная микроскопия образца из титана, который подвергся жесткому нейтронному облучению. Белые многогранники — пустоты, возникшие в результате выбивания атомов с их мест в кристаллической решетке нейтронами. Темные продолговатые области — полосы осажденных титана, рения и осмия. Последние два элемента — результат трансмутации титана при захвате нейтрона. Исследование воздействия нейтронного потока на материалы критически важно не только для атомной энергетики, но и для термоядерной
Сейчас реактор используют только для финальных испытаний. На первых этапах отсева материалов-кандидатов можно применять ионный ускоритель. Его воздействие на образцы с практической точки зрения идентично нейтронному излучению. Так, пороговые дозы СНА набираются за считаные дни.
Помимо экономии времени, ускоритель делает разработку радиационно стойких материалов несравнимо дешевле — реакторное время очень дорого. Вдобавок после облучения материалы не нужно оставлять в бассейне выдержки еще на год, чтобы они потеряли наведенную радиоактивность.
После облучения материалы-кандидаты снова всесторонне изучают, их характеристики проходят тщательную проверку. И почти наверняка цикл повторяется, потому что ничего не подошло под целевые параметры. Иногда цикл выполняется несколько раз.
В итоге через несколько лет (ранее — спустя десятилетия) кропотливой работы получаются образцы новых материалов с заданными свойствами. Скорее всего, отработано даже их промышленное производство малыми партиями. Остаются только сертификационные испытания в реакторе, после которых контролирующие органы смогут выпустить заключение о допуске материала к использованию в определенных условиях. На все про все — не менее 10-12 лет с начала разработки до получения аттестации материалом.
Последние несколько лет на помощь материаловедам пришли цифровые технологии, в том числе искусственный интеллект. Алгоритмы машинного обучения, основанные на механизмах деградации и базах данных свойств известных материалов, значительно экономят время, проводя первичное отсеивание материалов-кандидатов или решая «обратную» задачу: подбирая состав и структуру материала под заданные условия эксплуатации по целевым характеристикам. Единственное, с чем ИИ пока справляется плохо, — способы обработки, но и этот недочет скоро будет исправлен: ученые и программисты «Росатома» работают в этом направлении.
Пример состояния микроструктуры металла после нейтронного облучения, просвечивающая электронная микроскопия образца уран-молибденового сплава. Слева — до воздействия, справа — после набора дозы около 150 СНА (эквивалент примерно двух лет работы в реакторе). Хорошо видно, что альфа- и бета-фазы сплава превратились в хаос, такой металл сильно поменяет свои прочностные свойства
Почему нельзя стоять на месте
Атомная энергетика — постоянная технологическая гонка. И разработка материалов для нее выступает лишним подтверждением этого тезиса. Учитывая длительность цикла разработки, сейчас внедряют то, что начинало создаваться три-четыре декады назад, а прошло аттестационные испытания 10-20 лет назад. Проще говоря, работа над сегодняшними проектами обеспечивает технологическое превосходство в 2040-2050-х годах. И любая заминка потенциально приводит к высокому риску отстать от темпа конкурентов на этих отдаленных рубежах планирования.
Благодаря этому непрерывному процессу развития отрасли не существует ни одной полностью идентичной АЭС. Каждый следующий проект в чем-то лучше предыдущего, даже если они принадлежат к одной серии. Иногда события в мире приводят к завышенным требованиям потенциальных потребителей, появляются новые уровни защиты, которые на следующем этапе отсекаются по экономическим соображениям. Это ни хорошо, ни плохо — просто особенность, нормальный ход событий.
Второй важнейший стимул развития материаловедения в ядерной энергетике — экономика. Атомные электростанции наконец-то снова становятся не единичными проектами, а практически серийными изделиями. Кроме них, в обозримом будущем заменить угольные и газовые электростанции базовой нагрузки нечем. Никакие ветряки и солнечные панели эту роль в энергосистеме занять не смогут, даже если им на помощь придут сверхъемкие накопители энергии.
Это означает, что стоимость выработанного АЭС киловатт-часа электроэнергии становится не просто существенным фактором оценки всего ее проекта, а критически важным. Она, в свою очередь, зависит от целого спектра параметров, часть из которых способны удешевить новые материалы. Снижение стоимости, габаритов или сроков изготовления любых деталей, агрегатов и узлов в масштабах столь колоссальных объектов, как АЭС, оборачивается экономией в миллионы или даже миллиарды.
Наверное, самый простой ответить на вопрос «Зачем разрабатывать для АЭС новые материалы?» — потому что АЭС со старыми материалами никто не купит. По совокупности причин, из которых экономика будет решающей. Даже несмотря на затраты НИОКР, современные станции экономически эффективнее старых — либо по срокам строительства, либо по стоимости эксплуатации.
Не стоит забывать и о психологическом факторе. Атомная энергетика, пожалуй, вызывает самую напряженную дискуссию в поле общественного мнения. Поэтому, если какая-то инновация не приносит заметного повышения экономических характеристик АЭС, но повышает ее безопасность в каких-либо даже самых маловероятных сценариях, ее имеет смысл реализовать.
В России разработку новых материалов и технологий ведут в рамках комплексной программы развития атомной науки, техники и технологий — КП РТТН. Мы создаем не только новые материалы для перспективных энергосистем, но и опытные целевые изделия, которые тоже проходят испытания. В результате на выходе мы получаем и технологию, и материал, готовые к промышленному внедрению, причем не только в атомной энергетике, но и авиации, машиностроении и других смежных отраслях.
Из последних разработок могу привести в пример технологию изготовления новых марок стали с повышенными прочностными свойствами, в том числе для атомных энергетических установок малой мощности. Тем самым мы решаем задачу уменьшения массогабаритных характеристик оборудования вокруг реакторной установки и получаем существенный выигрыш в массе — этот параметр весьма критичен для атомных станций малой мощности. В этом году как раз проходят аттестационные испытания по всему комплексу свойств новой стали.
Человечество хотело добыть и обуздать ядерную энергию — фундаментальные науки обеспечили для этого теоретическую базу. Потребовалось реализовать теорию «в железе» — это сделали с помощью прикладных дисциплин: инженерного дела и материаловедения. Рассказываем, с какими практическими трудностями сталкиваются инженеры, проектирующие реакторы, почему в атомной отрасли приходится постоянно создавать новые материалы и как современные студенты могут стать баснословно успешными, всего лишь выбрав правильное направление обучения в области экзотического материаловедения.
Пожалуй, в любом рассказе об атомной энергетике автор сразу упомянет количество энергии, которое высвобождается при делении ядра атома. Например, распад килограмма урана-235, самого распространенного топлива в энергетических реакторах, в среднем приносит 83 тераджоуля энергии. Это во впечатляющие полтора миллиона раз больше, чем можно получить от сжигания той же массы природного газа (метан, 55 мегаджоулей) или в целых полмиллиона раз больше, чем от килограмма его «зеленой» замены — водорода (141 мегаджоуль).
Как удержать в узде всю эту энергию, чтобы направить ее на полезную работу? Об этой инженерной проблеме зачастую несправедливо забывают.
Столь внушительная разница в энергетическом потенциале химического и ядерного топлива неслучайна. При сжигании горючего высвобождается энергия, заключенная в химических связях. А они, в свою очередь, — продукт электромагнитного взаимодействия. Ядерная энергетика в качестве фундамента использует еще более мощное взаимодействие, оно так и называется — сильное.
Электромагнетизм удерживает вместе атомное ядро и электронные облака, связывает атомы в молекулах, молекулы друг с другом в некоторых формах материи (например, водородные связи в воде и спиртах). Сильное же взаимодействие удерживает вместе кварки, формирующие адроны — протоны, нейтроны — и связывает сами формирующие атомное ядро адроны друг с другом.
Сила этого взаимодействия на интересующих нас масштабах атомного ядра более чем в сотню раз превышает силу электромагнитного взаимодействия. Поэтому деление атома высвобождает настолько больше энергии, чем его участие в любых химических реакциях.
Что самое важное, эта высвобождаемая при ядерном распаде энергия передается окружающей среде не только в виде кинетического взаимодействия атомов друг с другом. При делении ядер энергию уносят их осколки и отдельные элементарные частицы. Они способны взаимодействовать с другими атомами не только по законам электромагнетизма (сталкиваясь с их электронными облаками), но и напрямую, встречаясь непосредственно с атомным ядром. Проще говоря, энергетический поток не просто мощнее — он сфокусирован на гораздо меньшей площади.
Важная ремарка
Здесь и далее многие физические явления мы опишем в очень упрощенном виде и сознательно не станем затрагивать целый ряд физических феноменов. Почему атомы распадаются и делятся, с какой вероятностью это происходит, что получается в результате и какие законы квантовой механики диктуют их стабильные состояния, а также правила всех протекающих с ними процессов — это несколько больших отдельных тем.
Для целей этой статьи важно отметить, что есть определенные соотношения протонов и нейтронов, при которых атомное ядро будет стабильным. Если они не соблюдаются, такой атом рано или поздно претерпевает самопроизвольный распад (это явление называется радиоактивностью). Кроме того, все химические элементы более чем с 82 протонами в ядре (тяжелее свинца) в принципе нестабильны, но иногда вероятность распада чрезвычайно мал
Выше, на картинке пример цепной реакции U-235. Когда в уран-235 попадает нейтрон, он превращается в уран-236 в возбужденном состоянии и с вероятностью 82 процента делится, как правило, на пару осколков с массовыми числами 95±15 и 135±15, соответственно. На иллюстрации показаны барий-144 и криптон-89. Тройные или четверные деления происходят реже. В 18 процентах случаев энергии нейтрона оказывается недостаточно для деления атома урана-236, и тот переходит в менее возбужденное состояние испуская гамма-квант (фотон). Помимо осколков деления, реакция порождает два или три свободных нейтрона, которые могут встретить на своем пути другие атомы, желательно — урана-235. Тогда процесс повторится, и получится ядерная цепная реакция. Одна из главных задач конструкции реактора — поддерживать такую конфигурацию активной зоны, чтобы высвобожденные во время деления топлива нейтроны не улетучивались, а продолжали делить новые атомы топлива, но при этом процесс происходил с контролируемой скоростью
Причину распада можно представить как избыток энергии, который атомное ядро получило при образовании и не может удержать в себе из-за того, что его структура не позволяет это сделать. Эта энергия уносится в виде продуктов распада, среди которых важно выделить:
альфа-частицы, ядра атомов гелия (два протона с парой нейтронов);
бета-частицы, электроны высоких энергий;
гамма-частицы, фотоны высоких энергий;
свободные нейтроны;
а также фрагменты материнского ядра с заимствованными у него электронами — дочерние химические элементы (осколки деления).
Распад, продукты которого тяжелее альфа-частицы и сопровождающийся высвобождением отдельных нейтронов, называется делением ядра. Его можно спровоцировать, «выстрелив» в атом свободным нейтроном и передав ему тем самым дополнительную энергию. Цепная ядерная реакция возникает, когда высвободившиеся в результате деления нейтроны встречают на своем пути новые, готовые к делению, атомы — и тогда процесс многократно повторяется (так один покатившийся камешек срывает в итоге со склона целую лавину).
Что происходит в реакторе
Начнем с самого сердца реактора — таблеток ядерного топлива (спрессованный порошок диоксида урана, обогащенного по изотопу 235U). Именно в них происходит цепная реакция деления, именно они служат первоисточником тепла в атомных электростанциях (АЭС).
Когда тяжелый атом делится, его осколки разлетаются в стороны и сталкиваются с другими атомами, которые встретились им на пути.
Это кинетическое взаимодействие уносит большую часть высвободившейся в результате деления энергии. А поскольку тепло — сумма кинетических энергий всех частиц системы, то так таблетки ядерного топлива и нагреваются.
Причем нагрев этот может быть очень быстрым. А значит, само ядерное топливо, из которого изготавливаются таблетки, должно иметь высокую температуру плавления. Иначе они потеряют свою целостность еще до того, как успеют передать тепло теплоносителю.
Еще одно важнейшее следствие деления — структура таблеток постоянно претерпевает изменения. Ведь внутри них вместо тяжелых атомов появляются более легкие — их больше, и они, разумеется, занимают больший объем. В редких случаях (с вероятностью 0,3 процента) тяжелый атом делится на три легких, один из которых — атом гелия, а еще два — «обычные» осколки деления с массовым числами около 95 и 135. Еще реже происходит четверное деление, в котором вместе с крупными осколками, как правило, образуется два атома гелия.
Помимо крупных осколков, которые почти сразу становятся дочерними атомами, позаимствовав электроны от материнского, в реакции деления образуются и другие продукты. Во-первых — фотоны высоких энергий, рентгеновское и гамма-излучение. При взаимодействии с электронным облаком встретившегося им на пути атома они передают ему свою энергию. Возбужденный таким образом электрон переходит на более высокий энергетический уровень или вовсе становится свободным. А тот атом, которому он принадлежал, становится положительным ионом — ионизируется. Со всеми вытекающими последствиями: он теперь стремится вступить в химические реакции. Гамма-кванты способны пройти большой путь и выйти далеко за пределы топливных таблеток.
Наконец, ключевой для цепной реакции продукт деления тяжелых ядер — нейтроны. У них есть масса, но нет заряда, поэтому они легко «проскальзывают» между электронными облаками и ядрами соседних атомов. Следовательно, способны пройти большой путь, пусть и меньший, чем гамма-кванты.
Но если они встречаются с ядрами, то практически наверняка взаимодействуют с ними. Видов этого взаимодействия три: упругое рассеяние, неупругое рассеяние и захват. Вероятность каждого из них рассчитывается отдельно и называется сечением взаимодействия (ядерное эффективное сечение). У разных материалов разное эффективное сечение для разных энергий нейтронов и разных видов взаимодействия.
При упругом рассеянии и нейтрон, и атомное ядро, с которым он взаимодействует, сохраняют свое внутреннее состояние, но атом может увеличить свою кинетическую энергию (то есть происходит нагрев материи), а нейтрон — изменить направление движения. Правильно подобрав сечение взаимодействия материала для упругого рассеяния нейтронов нужных энергий, можно создать эффективный отражатель нейтронов этих энергий. В таком материале нейтрон с достаточно большой вероятностью будет направлен примерно туда же, откуда прилетел. Это свойство полезно в реакторах для снижения критической массы топливной таблетки.
При неупругом рассеянии нейтрон передает значительную часть своей энергии атомному ядру, с которым взаимодействует. Результатом может стать распад ядра-мишени либо увеличение его энергии — возбуждение.
В последнем случае атом изменит свое положение в пространстве, будто бы отскочит, и может отдать часть энергии в виде фотона. Иногда количество энергии столь велико, что получится высокоэнергетический фотон — так возникает гамма- или рентгеновское излучение от облученных нейтронным потоком материалов (наведенная радиоактивность). «Отскок» атома в материалах с кристаллической решеткой, — например, в металлах — приводит к нарушению ее структуры. Такие материалы теряют прочностные свойства (на сжатие, на разрыв, трещиностойкость, упругость), в них появляются микроскопические полости, они могут даже деформироваться (распухать).
Если взять материал, в котором нейтроны нужных энергий почти не смогут вызывать деление (об этом — ниже), а будут лишь отдавать часть своей энергии, получится замедлитель нейтронов. На выходе из такого материала мы получим нейтроны меньших энергий, чем на входе, при сопоставимом общем количестве частиц. Это полезно, когда делящийся материал производит нейтроны высоких энергий, но имеет высокое эффективное сечение деления для нейтронов более низких энергий.
Выше, на картинке полуфабрикаты таблеток ядерного топлива. Перед тем, как из них соберут тепловыделяющие элементы, таблетки обработают специальным покрытием. Его состав зависит от типа реактора и применяемых технологий. Сама таблетка на фото — спеченный диоксид урана, возможно, с небольшим добавлением связующего, модифицирующего химические свойства топлива. В начале кампании реактора, сразу после загрузки топлива, таблетки состоят практически полностью из диоксида урана, в котором около 96 процентов урана-238 и всего примерно четыре процента урана-235 (степень обогащения по этому изотопу зависит от типа реактора). К концу кампании, когда топливо пора менять, картина иная: урана-238 по-прежнему большая часть, но три процента — продукты деления урана-235 и плутония-239, один процент — плутоний-239 и -240, 0,4 процента — уран-236. Среди продуктов деления — порядка трех десятков химических элементов, часть из которых газы. После двух лет работы в реакторе таблетка может заметно деформироваться и распухнуть
2) Молоко + мед. Из молока получим триптофан, который является предшественником мелатонина. С мёдом это работает лучше.
3) Магний 200-300мг. Так же помогает расслабить мышцы и спать крепче. Стоит заморочиться и поискать хорошую форму магния.
4) Мелатонин. В случае если надо вырубиться. Лучше искать пролонгированную форму. 1.5-3мг за час два до сна. Выше 3 мг можно словить состояние "похмелья", проснуться с тяжёлой головой. У меня такой эффект может быть и от 3мг. Не стоит злоупотреблять, долгое использование вроде как может снижает выработку своего мелатонина. Больше как разовая акция, если прям надо заснуть.
Ежедневно тысячи пар по всему миру воюют из-за одеял, спорят о температуре в спальне и мешают друг другу своими привычками сна. И в результате ссорятся и плохо чувствуют себя утром. Скандинавский метод сна может стать решением.
Что такое скандинавский метод сна
Скандинавский метод сна — это когда пара спит в одной кровати, но под разными одеялами. Это про баланс между совместным сном и личным пространством.
Считается, что этот метод особенно популярен в скандинавских странах: Швеции, Норвегии и Дании. Там ценят гигиену сна, уют и личные границы.
Отдельного исследования, где бы ученые сравнивали сон под одним одеялом на двоих и под двумя отдельными — нет. В основном специалисты изучают более общие вещи: тишину в спальне, температуру, безопасность и режим людей.
Почему одно одеяло на двоих часто становится проблемой
Одному человеку жарко, а другому холодно
Внутренние часы довольно точно регулируют температуру тела. Когда человек засыпает, то она естественным образом понижается. Но комфортная температура у каждого своя. На нее влияет возраст и обмен веществ, гормоны, хронотип (жаворонок или сова).
Человеку, которому всегда жарко, нужны легкие, дышащие ткани, например, хлопок или бамбук. А вот тому, кто вечно мерзнет, — теплые и плотные (флис, шерсть).
Ледяные ноги
У женщин организм в первую очередь поддерживает тепло жизненно важных внутренних органов, а руки и ноги часто остаются прохладными. Поэтому женщина инстинктивно пытается засунуть холодные ноги под одеяло. Мужчине же, у которого кровообращение распределено иначе, может быть душно, и он, наоборот, высовывает ноги из-под одеяла, чтобы остыть.
Проблема движений и привычек
Если у человека чуткий сон или бессонница, его может будить любое движение партнера, его храп или то, что он забирает одеяло на себя резким рывком. Исследования показывают, что женщины чаще страдают из-за движений мужчин, чем наоборот.
Комментарии