Сегодня - 24.06.2018

Детский Science Slam: быть маленьким — не значит быть хуже или лучше

13 марта 2018

Многие читатели «Науки в Сибири» наверняка знают, что такое Science Slam: там собираются ученые и понятно рассказывают о своей работе. Победителя выбирают слушатели — громкостью аплодисментов. Однако недавно в новосибирском Академгородке прошло мероприятие, где соревновались не взрослые, а дети. На суд публики они представили свои исследовательские проекты — от наноматериалов и атомной энергетики до управления дронами.

Маленькие и сильные
 
Аспирант Института неорганической химии им. А. Н. Николаева СО РАН и ведущий канала «Чуть-чуть о науке» Иван Меренков вместе с ученицей 7 класса лицея № 130  Марией Чепелевой рассказали о наномире.
 
— Когда я родилась, ученые Андрей Гейм и Константин Новоселов впервые получили графен, а когда была в садике — им присудили Нобелевскую премию за исследование этого материала, — рассказывает школьница. — Мне стало любопытно, почему за столь маленькую вещь дают так много денег? Я решила выяснить, для чего используют наноматериалы. Оказалось, сферы применения очень разнообразны — строительство, электроника, экология. Самой интересной темой показалась медицина. Например, есть лекарство, в котором содержатся «наножучки»: они попадают в больной орган и лечат его. Вы только представьте, какие горизонты открывают перед современной наукой нанотехнологии!
 
Выступает Мария Чепелева
 
Чтобы «быть нано», надо соблюдать два принципа: в первую очередь, иметь соответствующий размер (один нанометр равен одной миллиардной метра). Кроме того, свойства материала в нано-формате должны отличаться от его свойств в обычных размерах. Возьмем кусочек угля — по сути, это множество атомов углерода в объеме и на поверхности. Последние отличаются по своим свойствам, потому что с одной из сторон не имеют соседа. Представьте автобус — если там жарко и много народу, то пассажиры с краю будут чувствовать себя немного иначе, чем люди в центре — особенно, когда открыта форточка. Так же и с атомами: изначально свойства угля определяются атомами в объёме, так как они составляют большую его часть. Однако при уменьшении материала их соотношение с поверхностными атомами изменятся. Когда будет пересечена граница 100 нанометров, поверхностные атомы начнут доминировать и диктовать свои правила. 
 
— Необходимые науке новые свойства можно получить, лишь уменьшая уже известные материалы, — утверждает Иван Меренков. — Если таким образом поменять размеры золота, оно сменит цвет с жёлтого на красный. Кроме того, другой станет температура плавления металлов: в среднем они плавятся при 1000 °С и выше, после уменьшения — при температуре на 600 °С ниже.
 
В случае с наноматериалом крайне важна ориентация его частиц — ее изменение помогает управлять некоторыми свойствами материала. Причем на них влияет не только ориентация одного конкретного объекта, но и целой группы. Представим, что вы лежите на кровати и готовитесь к экзамену. Не будем себя обманывать: горизонтальное положение — не самый лучший вариант для этого. Если изменим ориентацию на вертикальную, станет немного лучше, но эффективность по-прежнему будет далека от максимальной. Теперь представим, что у вас есть соседи: вместе с вами они приняли вертикальную ориентацию и запаслись книгами. Теперь вы оказываете друг на друга взаимное влияние, благодаря чему продуктивность подготовки максимальна.
 
То же самое происходит и в наномире. Возьмем какой-нибудь материал, на поверхности которого расположены активные центры, генерирующие электрическую энергию. Если изменить ориентацию этого материала на вертикальную, то увеличится производительность, потому что начнем использовать большее количество активных центров. К тому же на прежней площади можно разместить гораздо больше вертикальных структур.
 
— Температура влияет на образование самых разных конструкций, — добавляет ученый. — Прежде всего, меняется ориентация. Как следствие, преображаются свойства материала: структура с вертикальной ориентацией может хорошо излучать свет в ультрафиолетовом диапазоне, а вот с хаотичной — полезна при убийстве бактерий. Таким образом, быть маленьким — не значит быть хуже или лучше, а значит обладать другими свойствами.
 
ЗаЯТЦ и МЯУ
 
Старший диспетчер объединенной диспетчерской службы Новосибирского регионального диспетчерского управления Андрей Толстихин и ученик 7 класса лицея № 130 Саша Вронский говорили об атомной энергетике.
 
— С 25 на 26 апреля 1986 года на Чернобыльской АЭС произошел тепловой взрыв реактора, — обращается к истории школьник. — Страху общественности добавила еще одна техногенная авария Фукусима-1, уже 2011 года, из-за которой люди были вынуждены спешно оставить свои дома. Эта катастрофа настолько напугала Европу, что некоторые государства (если не полностью, то частично) отказались от эксплуатации атомных электростанций. Однако мир не стоит на месте, а технологии совершенствуются с каждым годом — равно как и атомная энергетика.
 
Выступает Александр Вронский
 
В городе Северске Томской области строится атомная станция с БРЕСТ — новейшими реакторами на быстрых нейронах. В реакторах используется теплоноситель — жидкость или расплавленный металл, который забирает тепло с реактора, тем самым охлаждая его и, по сути, передавая нам энергию. Теплоноситель здесь состоит из особого сплава свинца, обладающим высокой точкой плавления и теплоемкостью. Такие реакторы исключают два типа наиболее опасных аварий, связанных с неконтролируемым ростом мощности и с потерей отвода тепла. 
 
Разработчики учли и проблемы окружающей среды. Представим обыкновенную бутылку — если мусоровоз отвезет ее на пластикоперерабатывающий завод, из нее вновь создадут какое-либо изделие. В атомной энергетике можно провернуть примерно то же самое — это называется замкнутым ядерным топливным циклом или же просто ЗаЯТЦ. В 2010 году российские ученые смогли замкнуть такой цикл, что и было реализовано в БРЕСТе. 
 
— На данный момент атомная энергия является самой эффективной и доступной человечеству, а также открывает ряд перспектив: в освоении и изучении космоса, обеспечении жизнедеятельности человека в труднодоступных местах нашей планеты, — подытоживает Саша Вронский. — Так, от жажды на планете мучается около 4 млрд человек — а это 2\3 населения Земли. Атомная энергетика поможет и здесь: существует проект по созданию плавучих атомных электростанций, которые будут не только вырабатывать электроэнергию, но и опреснять морскую воду. 
 
— Атомная энергетика сегодня безопасна — российские атомщики проделали для этого огромную работу, — добавляет Андрей Толстихин. — Корпорация «Росатом» строит одновременно 40 энергоблоков, и 7 из них — у нас в стране. ЗЯТЦ уже предполагает, что мы неоднократно сможем прогнать в цикле радиоактивные топливо, отходы и материалы, в результате чего они полностью потеряют способность к изотопному излучению. Так что проблема этих отходов на сегодня технологически решена.
В атомной энергетике есть еще одно забавное слово — МЯУ: малые ядерные установки. Они сделаны на том же самом теплоносителе (как в БРЕСТе) из свинца и висмута. Причин для разработки МЯУ много — например, возможность применения для комбинированной выработки тепла, электроэнергии и неэлектрических направлений вроде той же очистки воды. 
 
Ракеты и квадрокоптеры
 
О собственных проектах, которые можно заставить летать, рассказал ученик 11 класса гимназии № 3 Артем Яковлев — вместе с магистрантом Механико-математического факультета Новосибирского государственного университета и преподавателем Центра Молодежного Инновационного Творчества Клуба Юных Техников Михаилом Демьяновым.
 
Выступает Артем Яковлев
 
 — Совершенно недавно я наткнулся на ошеломительный ролик, где Илон Маск запустил автомобиль Тесла в бескрайний космос, — рассказывает магистрант. — Мне настолько понравилось, что я подумал, почему бы нам не построить собственную ракету? Для этого надо начать с чертежа — чтобы продумать этапы строительства. Причем устройство получится работоспособным не с первого раза: нужно постоянно улучшать и дорабатывать ваш проект. В конце концов ракета полетит, мы зальем видео об этом на YouTube и обгоним Илона Маска. Самое важное — никогда не останавливаться и набивать шишки, чтобы в ближайшие пять лет набраться опыта. На основе столь упорной деятельности у нас в ЦМИТ КЮТ есть не один десяток проектов такой направленности — подводные роботы, шагоходы... Один из наших учеников — Артем Яковлев — сам на протяжении двух лет строил квадрокоптер, переходил от первой версии до последней, и вряд ли закончил свои изыскания. 
 
Однажды школьник увидел на YouTube ролик про квадрокоптеры и захотел сделать себе такой же. Он читал статьи, смотрел видео и сам не заметил, как начал экономить на обедах и заказал свой первый набор на AliExpress. Собрал его примерно за неделю, но первый полет продлился буквально секунды, так как квадрокоптер перевернулся на месте. Поиск в Google и ответы экспертов вели к одному: нужно учить теорию.
 
— Я находил и исправлял ошибку за ошибкой, — вспоминает Артем Яковлев. — В итоге через два месяца, восемь бессонных ночей, сгоревшую плату и несколько сломанных винтов мой дрон несколько неуклюже летал почти 25 минут. Правда, второй его полет длился недолго: квадрокоптер начал падать и сломался. Черный ящик дал понять, что в тот раз была потеряна связь. В Интернете советовали установить GPS и настроить автовозврат в точку взлета, а также увеличить дальность работы пульта. Я сразу же заказал всё необходимое, а через некоторые время узнал про ЦМИТ КЮТ, где мне помогли усовершенствовать устройство. С каждым разом образцы получались всё лучше и лучше. Сейчас для меня это целый проект, который состоит из квадрокоптера и зарядной станции, а полет происходит полностью в автономном режиме. 
 
В итоге последняя команда стала победителем Science Slam — по мнению аплодирующей аудитории и показаний шумомера. Тандему традиционно вручили боксерские перчатки. 
 
Мероприятие прошло при поддержке Агентства стратегических инициатив и Фонда инфраструктурных и образовательных программ Роснано.
 
«Наука в Сибири»
 
Фото предоставлены организаторами
 
Голосов еще нет
Поделись с друзьями: 
 

comments powered by HyperComments

Система Orphus