Сохраняй посты, комментируй и ставь оценки
Гистерезис – фундаментальное свойство ферромагнитных материалов, из-за которого даже самые мощные магниты имеют предел. Почему он мешает создать «супермагнит» с неограниченной силой и полной защитой от размагничивания? В карточках разобрались, как работает гистерезис и какие ограничения накладывает
Так бывает, когда одна яйцеклетка вдруг поглощает вторую в процессе роста.
Чаще всего это никак не проявляется внешне, но когда проявляется, то можно обнаружить очень интересные тела. Это разный цвет кожи или волос на разных половинах тела, гетерохромия (различный цвет глаз), странное расположение органов. По фоткам видно, что люди-химеры и животные-химеры как будто сшиты из разных пластов ткани.
Среди яйцекладущих групп животных химеризм куда более редок, но шанс на него есть всегда. Двум оплодотворённым яйцеклеткам нужно быть очень близко друг к другу, чтобы организм заключил их в одну оболочку. Как правило, два брата-акробата умирают от голода, ведь питательная порция яйца/икры рассчитана лишь на одного. Но иногда и им везёт превратиться в единый организм. Наиболее часто химеры встречаются среди видов, уповающих на массовое производство детишек — чем больше особей, тем выше шанс ошибки.
Но обычно химеризм никак не проявляется внешне, так что ты никогда не узнаешь: а не поглотил ли ты своего брата на ранних стадиях развития?
Скоро лето, а зима выдалась очень снежной. В этом году велик шанс увидеть настоящее чудо земли русской. Это щитни – древние ракообразные, которые появляются также неожиданно, как и исчезают.
Уникальная особенность этих небольших монстриков заключается в том, что это единственное более менее крупное (до 12 см) животное, которое живёт почти исключительно только в ЛУЖАХ. Реки – нет. Озёра – нет. Болота – нет! Только лужи. Только временные микроводоёмчики после обильных осадков или таяния снега.
Щитни упорно избегают водоёмов, где водится другая живность. Рыбы, амфибии и т.д. только уменьшают шансы их появления, но всё-таки иногда щитни могут быть обнаружены и в обычных водоёмах, но это скорее исключение из правил.
Ещё более удивителен их жизненный цикл. Цисты (микроскопические яйца щитней) могут лежать в земле в случайных местах десятилетиями. Они ждут ведомых только им идеальных условий для пробуждения. Поэтому в один год щитней нет вообще, а в другой они могут неожиданно появиться в любой луже.
После вылупления личинки развиваются с огромной скоростью. Из микроскопических они превращаются в половозрелых особей длиной несколько сантиметров всего за 2 недели. Всё это время они фильтруют органику. В пищу им подходит почти всё. От букашек и головастиков до остатков растений и частичек мусора в воде.
Вскоре щитни начинают бурно размножаться. На данный момент известно, что большинство щитней – девочки, и они размножаются партеногенезом, то есть штампуют своих клонов без участия самцов. Но иногда в популяциях всё-таки появляются мальчики, чтобы внести хотя бы небольшое генетическое разнообразие в популяцию.
И вот, отложив яйца в грунт, щитни исчезают также внезапно, как и появились. Лужа, скорее всего, уже высохла, щитни погибли, а их потомство разнесёт ветер. Быть может, через несколько лет или даже десятков лет новая популяция возникнет здесь же в этой старой луже, или где-то ещё.
Если вы вдруг встретите щитня этим летом, то вам очень повезло. Вы наблюдаете настоящее чудо природы. Они не опасны и не могут причинить никакого вреда человеку. Остается только созерцать и радоваться.
Рассказывайте о своих встречах с этим загадочным существом!
Звучит подобный рассказ о продавце дико и похож на выдумку, но я встречал подобную туристку.
Один из походов, привал, в группе зашла речь о зимних маршрутах. Разговорились, затронули тему радиалок, делимся мнениями по этому поводу и тут одна из участниц говорит, что лучше бы натопить воды заранее, чтоб вернуться, а она уже была.
Я возразил, мол смысла в этом особого нет, если группа уходит из лагеря на весь день при сильно минусовой температуре , т.к. вода замёрзнет без термосов. Можно, конечно, попробовать отсрочить замерзание, завернув воду в спальники, но фиг знает на сколько это эффективно и сколько даст времени на сильном морозе.
Девушка смотрит на меня взглядом "Эврика!" и изрекает: "Блин, а спальники же греют! Точно, ВОДА НЕ ЗАМЁРЗНЕТ, может даже нагреется!" ... после чего я приуныл.
Давайте, старые пердуны, раскачивайте свои заплесневелые полушария, вспоминайте.
Был в нашей молодости (1994) такой фильм с Джимом Керри. "Маска" назыввался. Вспомнили?
Ну слава Кришне, не всех еще Альцгеймер прибрал.
Обратите внимание на красавицу-блондинку в форме, с которой обжимается Джим Керри.
Да, вот на эту.
Эх, хороша, чертовка, правда? Можно такой и сдаться, чтобы наручники одела..надела.. как правильно-то?.Эх...
....Так о чем это я?
А! Да!
Так вот. С момента просмотра сего фильма в 1995 году меня мучил вопрос - как ее зовут и вообще кто это?
Оказалось, информацию о этой актрисе нарыть достаточно сложно. Вобщем вот что удалось накопать:
Зовут ее Krista Buonauro. На момент съемок ей было 24 года.
Кроме "Маски" сналась еще в трех фильмах в незначительных ролях.
"Как сделать из жены чудовище" , 1999 — роль Sex Monster Dancer
«Норт» (1994), 1994 — роль Texas Dancer
"Доктор Дуги Хаузер" — роль Fantasy Girl #1
А ведь отлично танцевала, пела и имела прекрасные внешние данные... Но... Голливуд, голливуд, бессердечная ты сука. В общем, в 1999 году Криста закончила карьеру актрисы, вышла замуж, взяла фамилию мужа - Миллер и стала преподавать танцы в Brodway Dance Center.
На сегодня выглядит вот так (на свои годы - великолепно ящетаю):
Воспитывает дочь
Берет призы на танцевальных фестивалях!
Продолжает учить молодежь.
Вобщем, позитивная, красивая, талантливая женщина.
Если вдруг кому-то это было интересно. Из таких же старых и нудных пердунов, как я!
:)
Мало ли.
Всем бобра!
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.
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:
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.
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:
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
Русская псовая борзая выглядит как типичный аристократ-белоручка. Элегантные черты, отрешенный взгляд, мягкая шерсть с завитком. Кажется, будто она пришла в наш мир из эпохи романтизма. Но в лесу от флегматичности не остается и следа. Неженка голубых кровей превращается в русского волкодава. Яростного и бесстрашного. Племенная стать, отточенная столетиями. Звериная мощь, не укрощенная селекцией. Вот из чего состоит эта порода.
Корни русской борзой уходят глубоко в историю нашей государственности. Все началось с татаро-монгольского ига. Вместе с Золотой Ордой и податями на Русь пришли арабские борзые «коутси» — быстрые и легкие. На Руси тоже были охотничьи собаки — «лошие». Свирепые зверюги ходили на оленя и даже лося. Плод любви двух древних пород стал фундаментом для становления русской борзой.
Но формирование легендарной собаки только начиналось. Во время войны с Речью Посполитой к породе прилилась кровь польских хортых. Именно она придала стать и благородство. Завитые локоны достались русской псовой от курляндской бородатой борзой, а выносливость — от крымских борзых. В 1888 все качества породы закрепил стандарт. С тех пор русские борзые дошли до нас почти в неизменном виде.
Получилась идеальная охотничья собака, чья слава вышла далеко за пределы родины: порода попала в Британию, а оттуда — в Новый Свет. К началу 19 века каждый состоятельный помещик имел свою свору. А члены императорской семьи поставили разведение и воспитание щенков на поток.
Охота превращалась в настоящее шествие из десятков, а то и сотен собак! Так, например, в Першинской усадьбе, служившей штаб-квартирой для охоты Великого князя Николая Николаевича, в лучшие годы находилось более 350 собак, половина из которых были русскими борзыми!
Что же такого особенного было в этих собаках помимо очаровательного длинного носика? Что заставляло разводить борзых сотнями? Их непревзойденные охотничьи качества. Мощная грудная клетка вмещает большие легкие и сердце. Они позволяют собаке бежать долго по открытому полю даже близь лошади. Спина, которая кажется горбатой, на самом деле работает как пружина. Благодаря мощным мышцам и длинным лапам русская борзая разгоняется до 62 км/ч!
Но самое главное — резвость и азарт в охоте. Не зря русские борзые до 1936 года были известны как русские волкодавы. Волк и лиса — основная цель своры. Заяц становился приятным дополнением к основной добыче. В той же Першинской усадьбе проводились соревнования, где борзые показывали свои умения в ловле зверя. Задача собак что тогда, что сейчас, заключалась в том, чтобы догнать и удержать добычу до момента прибытия человека.
Во времена Московской Руси и Империи борзая была символом дворянства. В советское время и наши дни эта собака стала символом многогранной истории. Да, после революции поголовье породы резко упало. Но очень скоро появились питомники, что отдавали дань уважения нескольким векам селекции. Идеология идеологией, но собака-то классная!
В 70-ые борзых перестали рассматривать исключительно как охотников. Эти собаки обладают спокойным нравом и абсолютно лишены агрессии по отношению к людям, потому быстро стали домашними любимцами.
Правда, содержать борзую даже сейчас — удовольствие не простое. Собака эта не маленькая: средний рост в холке — 70-75 см! Из-за особенностей анатомии щенкам и молодым собакам не рекомендуют самостоятельно взбираться по лестницам — так опорно-двигательный аппарат может сформироваться неправильно. А во взрослом возрасте борзым нужны регулярные физические нагрузки. Оно и понятно: псы веками гоняли по лесу дичь — по щелчку пальцев их не превратить в диванных лежебок!
Что же мы видим в этой демонстрации? Маленький кораблик качается на крохотных волнах в бассейне, после чего появляется волна, амплитуда которой в пять раз больше остальных волн, и переворачивает кораблик. Зачем все это и при чем здесь наука?
Ответ довольно интересный - все дело в волнах-убийцах. Так называются внезапные одиночные волны, высота которых превышает высоту фоновых волн в несколько раз. Волны появляются из ниоткуда, сметают все на своем пути и пропадают. Интересен тот факт, что первая волна-убийца была официально только в 1995 году, а к настоящему времени их было зарегистрировано около 16 штук. Вещь редкая и убийственная.
Механизм возникновения волн пока не ясен полностью. Ученым удалось экспериментально смоделировать возникновение волн и получить на основании экспериментов эмпирические функции. Кроме того, в решении уравнении Шредингера уже были получены подобные одиночные волны для оптики, спустя некоторое время получены и для жидкости. Собственно, первое видео получено при экспериментальной проверке результатов расчета из уравнения Шредингера.
Посмотрим видео, на котором видна первая зарегистрированная волна-убийца - волна Дропнера (название нефтяной платформы). Что символично - волна пришла 1 января 1995 года, из-за чего ее прозвали еще 'новогодней волной'.
Фоновые волны составляли около 12 метров, волна Дропнера составила 25.6 метра. Платформе нанесен незначительный урон.
Спрайт - удивительное явление из мира разрядов и довольно вкусный лимонад. Но разряд в первую очередь!
Итак, спрайт - разновидность молний. В отличие от обычных молний, которые развиваются на высоте до 20 км, эти товарищи развиваются на высоте около 100 км и могут тянуться на десятки километров как в длину, так и в диаметре. На такой высоте довольно разреженная атмосфера, поэтому требуемое напряжение для пробоя меньше, чем для обычных молний.
Обратите внимание, что спрайт имеет красный оттенок в отличие от обычной молнии - дело в том, что на такой высоте преобладает азот, который и дает красное свечение (в отличие от кислорода, который больше в синие оттенки).
Полноценного физического объяснения я не нашел, скорее всего, его пока и нет. Очевидно, что это форма разряда, но не ясны точные условия, при которых спрайты развиваются. Считается, что спрайты развиваются во время сильных гроз и являются разновидностью разряда в холодной плазме (механизм такой же как свечение в газоразрядных трубках, которые используют в различных лампах).
Спрайт проходит очень быстро - не дольше 0.1 секунды, обычно значительно быстрее.
А вот так спрайты выглядят вкупе с остальной грозой. Увидеть вполне даже можно.
Мужчина (на фото) вырастил брошенного лосёнка и научил его возить грузы. Учитывая 1200 кг крепких мышц и цепкие копыта, это лучшее рабочее животное, которое у него было. Говорит, что секрет содержания лося в сладком солонце, правда, во время гона лось пропадает на пару недель, но всегда возвращается домой...
Милен Фарме - очаровашка, няшка, золотой голос, умница и красавица.
Но сегодня не о ней. Сегодня о тех, стараниями коих шоу-концерты Милен настолько охуенны.
Хористки.
Милен во время выступлений вельми активно дрыгается. Хореографирует вся из себя так шо мама не горюй. Посмотрите например тут:
Естессно, при таких нагрузках одновременно еще и петь, да не просто петь, а ровно петь, шоб ничего не хекалось, не гыкалось, не дрожало и не рвалось - это жеж никакого здоровья и дыхалки не зватит. Посему нужны дублерши. Которые поют вместо. На видео оне справа на сцене (от зрителя естественно слева) в колличестве двух штук.
Ну как вместо. Когда Милен сильно активно прыгает и скачет - то таки да, реально вместо. А когда стоит на месте - то подпевают, вытягивая особо сильные и высокие ноты. Хористки подобраны так, что их голос прекрасно дополняет голос Милен. И при желании, при записи студийных альбомов вполне могут исполнять композиции вместо нее :) Шутка. Хотя...
Ну да ладно. Голоса у девочек реально хорошие, сами оне симпотишные и вообще. Хористки с Милен работали разные. Но наиболее долго - вот эти две:
Вобщем знакомьтесь:
Хоанна Манчек очень рано начала заниматься музыкой исполняя композиции на гитаре и фортепиано, а затем, подростком, выступила на конкурсе фортепиано La Périgourdine, где заняла призовое место.
Сделала первые свои шаги в качестве хористки на стадионе Ле Франс в команде Джонни Холидея в 1998 году. Снова спела с ним в 1999 году. В те же годы брала уроки вокала и получила свою первую актерскую роль в Королевской Опере Валлонии, в 2003 году, в постановке "Сименон и Жозефина" Жана-луи Гринда.
К Милен Фарме ее привел известный продюсер Иван Кассаро. В 1999 году приняла участие во концертных турах "mylenium" и "Nascent love", а после этого только повышала свои вокальные данные в качестве хористки во всех турах Милен вплоть до 2021 года.
На счету певицы сольный альбом "Гимн жизни" (февраль 2011 г), написанный, сочиненный и аранжированный ею собственноручно.
Лауреатка множества конкурсов, участница множества концертов, Йоханна Манчек-Фердинанк одна из самых востребованных высококлассных бэк-вокалисток, на постоянной основе сотрудничала с Джонни Холлидеем и Милен Фарме. Отличается изрядным чувством юмора и внутренней силой. На сегодня ведет гастрольные поездки с своими собственными концертами...
Вот что она говорит о себе:
Я обучалась в частной школе исполнительских искусств. Работала в Авиньоне, в Зимнем цирке и там же в Авиньйоне получила диплом. Это была настоящая школа жизни. После получения диплома я подрабатывала в Piano-bare périgourdine. А одним вечером мой ли друг попросил владельца позволить мне исполнить "Summertime". Меня взяли в тот же вечер на постоянную работу аккомпаниатором, несмотря на мой весьма скудный на то время репертуар. (Смеется) В начале 1990-х я работала в легендарном кабаре Three Mallets. Меня очень привлекало это место, отравленное призраками Сидни Беше или Нины Симон. Этот опыт и по сей день пригождается мне каждый день в моей жизни.
Эстер Добонг’На Эссьен, известная как Эста Дивайн, — мульти-инструменталистка камерунского происхождения, родившаяся в Париже. Поступила в консерваторию в 5 лет по классу фортепиано. Она научилась играть на барабанах, басу и гитаре (самоучка) и сочинила свои первые произведения в 12 лет. В 1982 году сформировала трио Blackheart Daughters со своими двумя сестрами включая известную сегонля чернокожую певицу принцессу Эрику, для которой она позже будет исполнять бэк-вокал в сольных записях, исполняя голосовые партии, бас и ударные.
Выпустила сингл "Ayana" с африканской атмосферой и соулом, а в 1997 году исполнила две сольные темы для фильма "Les sœurs Soleil": "Show Me the Way" и "Les hommes je les consomme".
Всегда верна Милен Фарме на протяжении почти двадцати лет, Эста Дивайн обеспечивает бэк-вокал во всех турах звезды, начиная с тура 1996 года, и участвует в качестве бэк-вокалистки в записи некоторых студийных композиций (C'est dans l'air, A force)
Но это еще ничего.
На ударных у Милен - человек и пароход Абрахам Лаборье младший. По версии журнала "Modern Drummer" входит в ТОП 100 лучших ударников всех времен и народов.
Ко всему прочему, является сыном легендарного мексиканского бас-гитариста Эбрахама Лаборье-старшего. Благодаря отцу он рос в семье, где господствовала музыка. Эйб-младший с четырех лет начал увлекаться игрой на барабанах, он усердно занимался, и для всех стало понятно, что это его инструмент. Отец не стал настаивать на том, чтобы его сын был бас-гитаристом. Для него главным было то, что он также выбрал музыку.
Эйб-младший начал играть на ударных с четырех лет, и уже в возрасте 10 лет он брал уроки у знаменитого барабанщика Алекса Акуна. За свою жизнь он успел взять уроки перкуссии и ударных у еще одних известных музыкантов: Jeff Porcaro, Chester Thompson и Bill Maxwell.
Учился в музыкальной школе (the Dick Grove School of Music) у преподавателя Питера Дональда во время учебы в средней общеобразовательной школе. Учась на последнем курсе посещал Академию музыкальной школы Гамильтона в Лос-Анджелесе (the Hamilton High School Academy of Music). Здесь впервые стал участником музыкального коллектива. Он создал джазовое трио с Вернеллом Брауном и Майком Элизондо.
В 1989 году Лаборье-младший был удостоен награды от Национального Фонда Содействия Искусству, а также от журнала «Down Beat». Затем поступил в знаменитый Музыкальный колледж Беркли, который окончил в 1993 году.
Помимо своего участия в музыкальном проекте Милен Фармер, Абрахам Лаборье-младший успел посотрудничать в качестве сессионного барабанщика у не менее легендарного Пола Маккартни.
Так мало шо он стучит как ПКТ, аж майка заворачивается - так он еще и поет!!!
И неплохо поет!
Я к примеру пою в разы хуже!
В общем, концерты Милен всегда было приятно смотреть и слушать.
Надеюсь, хоть кому-то было интересно.
Берегите себя.
Всем бобра.
Теория струн. Приходила ли вам в голову мысль, что Вселенная похожа на виолончель? Правильно – не приходила. Потому что Вселенная не похожа на виолончель. Но это не означает, что у нее нет струн. Поговорим сегодня про Теорию струн.
Конечно, струны мироздания едва ли похожи на те, которые мы себе представляем. В теории струн ими называются невероятно малые вибрирующие нити энергии. Эти нити похожи, скорее, на крошечные «резинки», способные извиваться, растягиваться и сжиматься на все лады. Все это, однако, не означает, что на них нельзя «сыграть» симфонию Вселенной, ведь из этих «нитей», по мнению струнных теоретиков, состоит все сущее.
Противоречие физики
Во второй половине XIX века физикам казалось, что ничего серьезного в их науке открыть больше нельзя. Классическая физика считала, что серьезных проблем в ней не осталось, а все устройство мира выглядело идеально отлаженной и предсказуемой машиной. Беда, как и водится, случилась из-за ерунды – одного из мелких «облачков», еще остававшихся на чистом, понятном небе науки. А именно – при расчете энергии излучения абсолютно черного тела (гипотетическое тело, которое при любой температуре полностью поглощает падающее на него излучение, независимо от длины волны – NS).
Расчеты показывали, что общая энергия излучения любого абсолютно черного тела должна быть бесконечно большой. Чтобы уйти от столь явного абсурда, немецкий ученый Макс Планк в 1900 году предположил, что видимый свет, рентгеновские лучи и другие электромагнитные волны могут испускаться только некоторыми дискретными порциями энергии, которые он назвал квантами. С их помощью удалось решить частную проблему абсолютно черного тела. Однако последствия квантовой гипотезы для детерминизма тогда еще не осознавались. Пока в 1926 году другой немецкий ученый, Вернер Гейзенберг, не сформулировал знаменитый принцип неопределенности.
Суть его сводится к тому, что вопреки всем господствующим до того утверждениям, природа ограничивает нашу способность предсказывать будущее на основе физических законов. Речь, конечно, идет о будущем и настоящем субатомных частиц. Выяснилось, что они ведут себя совершенно не так, как это делают любые вещи в окружающем нас макромире. На субатомном уровне ткань пространства становится неровной и хаотичной. Мир крошечных частиц настолько бурный и непонятный, что это противоречит здравому смыслу. Пространство и время в нем настолько искривлены и переплетены, что там нет обычных понятий левого и правого, верха и низа, и даже до и после.
Не существует способа сказать наверняка, в какой именно точке пространства находится в данный момент та или иная частица, и каков при этом момент ее импульса. Существует лишь некая вероятность нахождения частицы во множестве областей пространства-времени. Частицы на субатомном уровне словно «размазаны» по пространству. Мало этого, не определен и сам «статус» частиц: в одних случаях они ведут себя как волны, в других – проявляют свойства частиц. Это то, что физики называют корпускулярно-волновым дуализмом квантовой механики.
В Общей теории относительности, словно в государстве с противоположными законами, дело обстоит принципиально иначе. Пространство представляется похожим на батут – гладкую ткань, которую могут изгибать и растягивать объекты, обладающие массой. Они создают деформации пространства-времени – то, что мы ощущаем как гравитацию. Стоит ли говорить, что стройная, правильная и предсказуемая Общая теория относительности находится в неразрешимом конфликте с «взбалмошной хулиганкой» – квантовой механикой, и, как следствие, макромир не может «помириться» с микромиром. Вот тут на помощь и приходит теория струн.
Теория струн воплощает мечту всех физиков по объединению двух, в корне противоречащих друг другу ОТО и квантовой механики, мечту, которая до конца дней не давала покоя величайшему «цыгану и бродяге» Альберту Эйнштейну.
Многие ученые уверены, что всё, от изысканного танца галактик до безумной пляски субатомных частиц, может в итоге объясняться всего одним фундаментальным физическим принципом. Может быть – даже единым законом, который объединяет все виды энергии, частиц и взаимодействий в какой-нибудь элегантной формуле.
ОТО описывает одну из самых известных сил Вселенной – гравитацию. Квантовая механика описывает три других силы: сильное ядерное взаимодействие, которое склеивает протоны и нейтроны в атомах, электромагнетизм и слабое взаимодействие, которое участвует в радиоактивном распаде. Любое событие в мироздании, от ионизации атома до рождения звезды, описывается взаимодействиями материи посредством этих четырех сил.
С помощью сложнейшей математики удалось показать, что электромагнитное и слабое взаимодействия имеют общую природу, объединив их в единое электрослабое. Впоследствии к ним добавилось и сильное ядерное взаимодействие – но вот гравитация к ним не присоединяется никак. Теория струн – одна из самых серьезных кандидаток на то, чтобы соединить все четыре силы, а, значит, объять все явления во Вселенной – недаром ее еще называют «Теорией Всего».
Вначале был миф
До сих пор далеко не все физики пребывают в восторге от теории струн. А на заре ее появления она и вовсе казалась бесконечно далекой от реальности. Само ее рождение – легенда.
В конце 1960-х годов молодой итальянский физик-теоретик Габриэле Венециано искал уравнения, которые смогли бы объяснить сильные ядерные взаимодействия – чрезвычайно мощный «клей», который скрепляет ядра атомов, связывая воедино протоны и нейтроны. Согласно легенде, как-то он случайно наткнулся на пыльную книгу по истории математики, в которой нашел функцию двухсотлетней давности, впервые записанную швейцарским математиком Леонардом Эйлером. Каково же было удивление Венециано, когда он обнаружил, что функция Эйлера, которую долгое время считали не чем иным, как математической диковинкой, описывает это сильное взаимодействие.
Как же было на самом деле? Формула, вероятно, стала результатом долгих лет работы Венециано, а случай лишь помог сделать первый шаг к открытию теории струн. Функция Эйлера, чудесным образом объяснившая сильное взаимодействие, обрела новую жизнь.
В конце концов, она попалось на глаза молодому американскому физику-теоретику Леонарду Сасскинду, который увидел, что в первую очередь формула описывала частицы, которые не имели внутренней структуры и могли вибрировать. Эти частицы вели себя так, что не могли быть просто точечными частицами. Сасскинд понял – формула описывает нить, которая подобна упругой резинке. Она могла не только растягиваться и сжиматься, но и колебаться, извиваться. Описав свое открытие, Сасскинд представил революционную идею струн.
К сожалению, подавляющее большинство его коллег встретили теорию весьма прохладно.
Стандартная модель
В то время общепринятая наука представляла частицы точками, а не струнами. В течение многих лет физики исследовали поведение субатомных частиц, сталкивая их на высоких скоростях и изучая последствия этих столкновений. Выяснилось, что Вселенная намного богаче, чем это можно было себе представить. Это был настоящий «демографический взрыв» элементарных частиц. Аспиранты физических вузов бегали по коридорам с криками, что открыли новую частицу, – не хватало даже букв для их обозначения. Но, увы, в «родильном доме» новых частиц ученые так и не смогли отыскать ответ на вопрос – зачем их так много и откуда они берутся?
Это подтолкнуло физиков к необычному и потрясающему предсказанию – они поняли, что силы, действующие в природе, также можно объяснить с помощью частиц. То есть существуют частицы материи, а есть частицы-переносчики взаимодействий. Таковым, например, является фотон – частица света. Чем больше этих частиц-переносчиков – тех же фотонов, которыми обмениваются частицы материи, тем ярче свет. Ученые предсказывали, что именно этот обмен частицами-переносчиками – есть не что иное, как то, что мы воспринимаем как силу. Это подтвердилось экспериментами. Так физикам удалось приблизиться к мечте Эйнштейна по объединению сил.
Ученые считают, что если мы перенесемся к моменту сразу после Большого взрыва, когда Вселенная была на триллионы градусов горячее, частицы-переносчики электромагнетизма и слабого взаимодействия станут неразличимы и объединятся в одну-единственную силу, называемую электрослабой. А если вернуться во времени еще дальше, то электрослабое взаимодействие соединилось бы с сильным в одну суммарную «суперсилу».
Несмотря на то, что все это еще ждет своих доказательств, квантовая механика вдруг объяснила, как три из четырех сил взаимодействуют на субатомном уровне. Причем объяснила красиво и непротиворечиво. Эта стройная картина взаимодействий, в конечном счете, получила название Стандартной модели. Но, увы, и в этой совершенной теории была одна большая проблема – она не включала в себя самую известную силу макроуровня – гравитацию.
Для не успевшей «расцвести» теории струн наступила «осень», уж слишком много проблем она содержала с самого рождения. Например, выкладки теории предсказали существование частиц, которых, как точно установили вскоре, не существует. Это так называемый тахион – частица, которая движется в вакууме быстрее света. Помимо прочего выяснилось, что теория требует целых 10 измерений. Неудивительно, что это очень смущало физиков, ведь это очевидно больше, чем то, что мы видим.
К 1973 году только несколько молодых физиков все еще боролись с загадочными выкладками теории струн. Одним из них был американский физик-теоретик Джон Шварц. В течение четырех лет Шварц пытался приручить непослушные уравнения, но без толку. Помимо других проблем, одно из этих уравнений упорно описывало таинственную частицу, которая не имела массы и не наблюдалась в природе.
Ученый уже решил забросить свое гиблое дело, и тут его осенило – может быть, уравнения теории струн описывают, в том числе, и гравитацию? Впрочем, это подразумевало пересмотр размеров главных «героев» теории – струн. Предположив, что струны в миллиарды и миллиарды раз меньше атома, «струнщики» превратили недостаток теории в ее достоинство. Таинственная частица, от которой Джон Шварц так настойчиво пытался избавиться, теперь выступала в качестве гравитона – частицы, которую долго искали и которая позволила бы перенести гравитацию на квантовый уровень. Именно так теория струн дополнила пазл гравитацией, отсутствующей в Стандартной модели. Но, увы, даже на это открытие научное сообщество никак не отреагировало. Теория струн оставалась на грани выживания. Но Шварца это не остановило. Присоединиться к его поискам захотел только один ученый, готовый рискнуть своей карьерой ради таинственных струн – Майкл Грин.
Субатомные матрешки
Несмотря ни на что, в начале 1980?х годов теория струн все еще имела неразрешимые противоречия, называемые в науке аномалиями. Шварц и Грин принялись за их устранение. И усилия их не прошли даром: ученые сумели устранить некоторые противоречия теории. Каково же было изумление этих двоих, уже привыкших к тому, что их теорию пропускают мимо ушей, когда реакция ученого сообщества взорвала научный мир. Меньше чем за год число струнных теоретиков подпрыгнуло до сотен человек. Именно тогда теорию струн наградили титулом Теории Всего. Новая теория, казалось, способна описать все составляющие мироздания. И вот эти составляющие.
Каждый атом, как известно, состоит из еще меньших частиц – электронов, которые кружатся вокруг ядра, состоящего из протонов и нейтронов. Протоны и нейтроны, в свою очередь, состоят из еще меньших частиц – кварков. Но теория струн утверждает, что на кварках дело не заканчивается. Кварки состоят из крошечных извивающихся нитей энергии, которые напоминают струны. Каждая из таких струн невообразимо мала.
Мала настолько, что если бы атом был увеличен до размеров Солнечной системы, струна была бы размером с дерево. Так же, как различные колебания струны виолончели создают то, что мы слышим, как разные музыкальные ноты, различные способы (моды) вибрации струны придают частицам их уникальные свойства – массу, заряд и прочее. Знаете, чем, условно говоря, отличаются протоны в кончике вашего ногтя от пока не открытого гравитона? Только набором крошечных струн, которые их составляют, и тем, как эти струны колеблются.
Конечно, все это более чем удивительно. Еще со времен Древней Греции физики привыкли к тому, что все в этом мире состоит из чего-то вроде шаров, крошечных частиц. И вот, не успев привыкнуть к алогичному поведению этих шаров, вытекающему из квантовой механики, им предлагается вовсе оставить парадигму и оперировать какими-то обрезками спагетти…
Пятое измерение
Хотя многие ученые называют теорию струн триумфом математики, некоторые проблемы у нее все же остаются – прежде всего, отсутствие какой-либо возможности в ближайшее время проверить ее экспериментально. Ни один инструмент в мире, ни существующий, ни способный появиться в перспективе, «увидеть» струны неспособен. Поэтому некоторые ученые, кстати, даже задаются вопросом: теория струн – это теория физики или философии?.. Правда, видеть струны «воочию» вовсе не обязательно. Для доказательства теории струн требуется, скорее, другое – то, что звучит как научная фантастика – подтверждение существования дополнительных измерений пространства.
О чем идет речь? Все мы привыкли к трем измерениям пространства и одному – времени. Но теория струн предсказывает наличие и других – дополнительных – измерений. Но начнем по порядку.
На самом деле, идея о существовании других измерений возникла почти сто лет назад. Пришла она в голову никому не известному тогда немецкому математику Теодору Калуца в 1919 году. Он предположил возможность наличия в нашей Вселенной еще одного измерения, которое мы не видим. Об этой идее узнал Альберт Эйнштейн, и сначала она ему очень понравилась. Позже, однако, он засомневался в ее правильности, и задержал публикацию Калуцы на целых два года. В конечном счете, правда, статья все-таки была опубликована, а дополнительное измерение стало своеобразным увлечением гения физики.
Как известно, Эйнштейн показал, что гравитация есть не что иное, как деформация измерений пространства-времени. Калуца предположил, что электромагнетизм тоже может быть рябью. Почему же мы ее не наблюдаем? Калуца нашел ответ на этот вопрос – рябь электромагнетизма может существовать в дополнительном, скрытом измерении.
Но где оно?
Ответ на этот вопрос дал шведский физик Оскар Клейн, который предположил, что пятое измерение Калуцы свернуто в миллиарды раз сильнее, чем размеры одного атома, поэтому мы и не можем его видеть. Идея о существовании этого крошечного измерения, которое находится повсюду вокруг нас, и лежит в основе теории струн.
Но на самом деле уравнения теории струн требуют даже не одного, а шести дополнительных измерений (итого, с известными нам четырьмя, их получается ровно 10). Все они имеют очень закрученную и искривленную сложную форму. И все – невообразимо малы.
Каким же образом эти крошечные измерения могут оказывать влияние на наш большой мир? Согласно теории струн, решающее: для нее все определяет форма. Когда на саксофоне вы нажимаете разные клавиши, вы получаете и разные звуки. Это происходит потому, что при нажатии той или иной клавиши или их комбинации, вы меняете форму пространства в музыкальном инструменте, где циркулирует воздух. Благодаря этому и рождаются разные звуки.
Теория струн полагает, что дополнительные искривленные и закрученные измерения пространства проявляются похожим образом. Формы этих дополнительных измерений сложны и разнообразны, и каждое заставляет вибрировать струну, находящуюся внутри таких измерений, по-разному именно благодаря своим формам. Ведь если предположить, например, что одна струна вибрирует внутри кувшина, а другая – внутри изогнутого почтового рожка, это будут совершенно разные вибрации. Впрочем, если верить теории струн, на деле формы дополнительных измерений выглядят куда сложнее кувшина.
Как устроен мир
Науке сегодня известен набор чисел, которые являются фундаментальными постоянными Вселенной. Именно они определяют свойства и характеристики всего вокруг нас. Среди таких констант, например, заряд электрона, гравитационная постоянная, скорость света в вакууме… И если мы изменим эти числа даже в незначительное число раз – последствия будут катастрофическими. Предположим, мы увеличили силу электромагнитного взаимодействия. Что же произошло? Мы можем вдруг обнаружить, что ионы стали сильнее отталкиваться друг от друга, и термоядерный синтез, который заставляет звезды светить и излучать тепло, вдруг дал сбой. Все звезды погаснут.
Но причем здесь теория струн с ее дополнительными измерениями? Дело в том, что, согласно ей, именно дополнительные измерения определяют точное значение фундаментальных констант. Одни формы измерений заставляют одну струну вибрировать определенным образом, и порождают то, что мы видим, как фотон. В других формах струны вибрируют по-другому, и порождают электрон. Воистину бог кроется в «мелочах» – именно эти крошечные формы определяют все основополагающие константы этого мира.
Теория суперструн
В середине 1980-х годов теория струн приобрела величественный и стройный вид, но внутри этого монумента царила путаница. Всего за несколько лет возникло целых пять версий теории струн. И хотя каждая из них построена на струнах и дополнительных измерениях (все пять версий объединены в общую теорию суперструн – NS), в деталях эти версии расходились значительно.
Так, в одних версиях струны имели открытые концы, в других – напоминали кольца. А в некоторых вариантах теория даже требовала не 10, а целых 26 измерений. Парадокс в том, что все пять версий на сегодняшний день можно назвать одинаково верными. Но какая из них действительно описывает нашу Вселенную? Это очередная загадка теории струн. Именно поэтому многие физики снова махнули рукой на «сумасбродную» теорию.
Но самая главная проблема струн, как уже было сказано, в невозможности (по крайней мере, пока) доказать их наличие экспериментальным путем.
Некоторые ученые, однако, все же поговаривают, что на следующем поколении ускорителей есть очень минимальная, но все же возможность проверить гипотезу о дополнительных измерениях. Хотя большинство, конечно, уверено, что если это и возможно, то произойти это, увы, должно еще очень нескоро – как минимум через десятилетия, как максимум – даже через сотню лет.
Существует в физике такое интересное нечто, как капля Руперта, представляющая собой просто кусок стекла в виде большой капли.
Что же в ней такого интересного? А то, что она способна выдержать вес, эквивалентный 40 тоннам! Прочность данной стекляшки запредельная.
Более того - если выстрелить из пистолета в каплю Руперта, то пуля разобьется о стекляшку и превратится в мелкие кусочки металла!
Объяснить, почему так капля ведет себя, нетрудно. Дело в том, что капли Руперта изготавливают путем резкого охлаждения капель стекла. Технология довольно трудна, чаще всего такие капли тут же разваливаются.
При резком охлаждении в стекле образуется существенное механическое напряжение, сосредоточенное в самой капле. Именно оно противостоит всем внешним факторам, которые пытаются каплю разрушить.
Я думаю, вы заметили, что у каждой капли Руперта есть хвостик. Если его надломить, то механическое напряжение высвободится, и капля разлетится в крошку
P.S. По всем вопросам - Alexjuriev3142@gmail.com
P.P.S. Модераторам за отложенную публикацию - респект!!!
Работал на прошлой работе, вот такой интересный эффект сфотографировал. Произошло КЗ (короткое замыкание) на землю воздушной линии на 10кВ (10000 вольт) приехали устранять последствия.
А внутри гладкое как стекло
Да, это земля так деформировалась
Так и хочется взять в руки и помять. Но только природа давно нам доказала: красивое часто оказывается опасным.
Похожие на медуз физалии, которых называют также португальскими корабликами, перемещаются по Мировому океану колониями. Щупальца этого монстра могут достигать 50 метров. В них находятся наполненные ядом стрекательные клетки. Яд оказывает смертельное воздействие на обитателей океана, а у человека вызывает сильный ожог, который может привести к серьезным осложнениям и даже к смерти.
Давайте пронаблюдаем очень интересный эффект.
Суть эффекта относительно проста. Если разогреть металлическую поверхность и капнуть на нее водой, то произойдет пшик, и капля испарится. Однако если сильно разогреть поверхность, то вместо испарения капля начнет непрерывно бегать по поверхности металла.
Причина такого поведения относительно проста. Если поверхность металла действительно сильно разогрета, то между каплей и металлом мгновенно испаряется небольшой слой воды и создается паровая прослойка. Эта прослойка изолирует каплю от металла, позволяя ей, во-первых, долго не испаряться ввиду отсутствия прямого контакта, а также собираться в почти идеальный шарик, поскольку молекулы воды притягиваются только друг другом, и отсутствуют силы межмолекулярного притяжения со стороны металла.
Но в целом запомним главное. Некоторые предметы являются настолько горячими, что не могут охладиться, создавая вокруг себя изолирующую паровую прослойку. В этом и заключается суть эффекта.
Существует еще красивая демонстрация. Если шарик сильно нагреть и опустить в воду, то вокруг шарика образуется и удерживается паровой пузырь.
В определенный момент шар остывает, и паровая прослойка практически 'взрывается' кипением.
Также данный эффект позволяет совершать физикам буквально безумные опыты!
Вот на видео молодой человек открытой рукой расплескивает жидкий металл.
Вот на видео молодой человек сует руку в расплавленный свинец.
+ А вот на видео молодой человек сует руку в жидкий азот.
Во всех случаях здоровье этих людей защищает образующаяся вокруг кожи воздушная прослойка, возникающая из-за великого и могучего эффекта Лейденфроста.
Убедительная просьба! Не повторяйте эти опыты без соответствующей подготовки! А если уж решитесь повторять - включите заранее запись видео! :)
Зачем купил? Чистить головки принтеров. И, честно говоря, вообще не понял, в чем там понт. А потом как ПОНЯЛ!!!!
Зачем использую - производство домашних настоек из покупной водки за пару часов. Потому, что просто водка- это скучно и не особо вкусно, а настойки покупные- это нехорошая химия и вообще вредно.
Зачем в этом процессе нужна эта приблуда? Ну, во первых, время. Сравнимый по итогу результат- полчаса на 50W и примерно три месяца в прохладном и темном месте. Иногда просто нет времени ждать))) Есть еще момент- экономия ингредиентов. При обычном настаивании ягод можжевельника, например, на поллитра уходит 10-20 грамм. При УЗ штук 6 средних ягодок уже дают насыщенный аромат и вкус, а 8 уже много- слишком резкий становится вкус. мелочь? Мелочь. Но все равно в плюс.
Как это работает? В чашу ставятся две банки- в принципе, можно впихнуть даже поллитровую, но я предпочитаю 2 по 350 грамм из под покупных джемов, солений и еще чего-то там. Требования- герметичная крышка и диаметр банки меньше, чем поллитровка. В банки поровну разливается основа- оптимально поллитра, можно 0,7 - но пробивает хуже - и засыпаются ингредиенты для настаивания. металлическая чаша заливается до краев водой- и включается режим УЗ на 50 W на 30 минут. Ж-Ж-Ж.
Кавитация довольно быстро вышибает из трав, ягод и зерен вкусовые вещества в алкоголь. Например, вишня после обработки из темно-красной становиться бледно-розовой, а настой, наоборот бордовым.
Вредно или не вредно- кавитация суть механическая обработка. Контакт алкоголя только со стеклом. Мне норм.
В чем профит? берешь водку, чистишь угольком, бросаешь в нее ягоды и специи, жужужу и получаешь приятный продукт. без эссенций, и ароматизаторов. Мне отлично.
Что делал? Синий джин, можжевеловую водку, новогоднюю настойку, гватемальский ром из пакета- отличная коктейльная вещь, облепиху, вишню- без косточек, имитацию коньяков разных- да, но не особо, надо еще поработать с рецептурой.
В планах- блю кюрасао и я знаю как сделать его по настоящему синим без искусственных красителей.
Эссенции и прочее принципиально не использую. да. результат мгновенный- но это химическая хрень.
Только природные продукты наше все.
Если интересно- могу выложить рецепт, процесс и результат по каждому продукту отдельно.
Комментарии