28 октября 19:19
238

Cамая большая в мире: Созданная в Самаре установка поможет в разработке двигателей будущего

Cамая большая в мире: Созданная в Самаре установка поможет в разработке двигателей будущего
Разработка установки велась с 2017 года
Фото: ssau.ru/Анар Мовсумов

В Самарском национальном исследовательском университете имени С.П.Королёва создана самая большая в мире экспериментальная установка для изучения реакционной динамики и кинетики процессов горения. Она поможет в разработке эффективных и экологичных двигателей и раскрытии тайн возникновения биохимических молекул — «кирпичиков», из которых состоят все известные формы жизни на Земле.

Установка разработана и собрана в международной научной лаборатории “Физика и химия горения” в рамках мегагранта правительства РФ «Разработка физически обоснованных моделей горения». Возглавляет лабораторию профессор Международного университета Флориды (Майами, США) Александр Мебель, сообщает пресс-служба Самарского университета.

«Сейчас идет калибровка оборудования, начата подготовка к проведению первых экспериментов. В настоящее время это самая большая установка подобного типа в мире. Кроме самарской существует еще три установки, но они меньше по объему: две есть в США, в Гавайском университете и Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли, и одна в Китае, в Университете Хэфэя.
Наша установка обладает рядом уникальных особенностей и с ее помощью можно будет исследовать и моделировать не только процессы, происходящие в камерах сгорания газотурбинных двигателей, но и химические реакции, характерные для околозвездного пространства и молекулярных облаков», — рассказал Александр Мебель.

Разработка установки велась с 2017 года. Для проекта были приобретены изготовленные в Японии специальные турбомолекулярные насосы, обеспечивающие сверхвысокий вакуум, и масс-спектрометр производства США. Под компоненты установки и дополнительное оборудование в лаборатории выделен целый зал, хотя главная авансцена для экспериментов — вакуумная камера — размерами примерно метра два в длину и полтора в высоту. Вес камеры — полторы тонны, и чтобы поднять ее в лабораторию университета на третий этаж в свое время был задействован строительный кран.

Поскольку установка работает при сверхвысоких значениях вакуума — практически как в глубоком космосе, то, по словам сотрудников лаборатории, к ее сборке предъявлялись требования как для глубоководных или космических аппаратов — чтобы все соединения были абсолютно герметичны.

Чтобы создать сверхвысокий вакуум, насосам необходимо проработать около трех суток, поэтому она рассчитана на автономную круглосуточную работу. Например, в насосах установлены «вечные» подшипники на магнитной подвеске, не знающие износа и не требующие смазки. В случае если что-то пойдет не так, умное оборудование само сообщит ученым об этом в мессенджере.

«Сердце» установки — высокотемпературный химический микрореактор в виде тоненькой трубки из карбида кремния(**), разработанный учеными Самарского университета и Самарского филиала Физического института им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН). Карбид кремния крайне редко встречается в природе на Земле, но широко распространен в космосе в виде частиц «звездной пыли». Длина трубки — 20 см, внутренний диаметр — 1 мм.

Во время экспериментов в эту трубку поступает газовая смесь, содержащая инертный газ — гелий или аргон — и необходимые для изучаемой реакции реагенты. В разогретом микрореакторе происходит химическая реакция, продукты которой в виде молекулярного пучка попадают далее в сверхвысокий вакуум и ионизируются вакуумным ультрафиолетовым излучением, после чего масс-спектрометр, «поймав» получившиеся ионы, очень точно определяет массу, структуру и другие детали молекул, образовавшихся в результате химической реакции.

«То, что это самая большая по объему установка такого типа в мире, очень важно — размер в данном случае безусловно имеет значение, потому что благодаря большому объему значительно повышается избирательность и чувствительность определения продуктов реакций. Поэтому можно будет составлять более точные модели процессов горения, которые позволят предсказывать, в частности, как будет работать конкретный двигатель при конкретных условиях и что нужно сделать, чтобы увеличить эффективность сгорания топлива и уменьшить вредные выбросы», — подчеркнул руководитель лаборатории.

По его словам, уникальность самарской установки еще и в том, что она позволяет измерять скорости химических реакций и создавать кинетические модели горения.

«Цель нашей установки — не только определение спектра образующихся продуктов, но и измерение скоростей химических реакций, что необходимо для построения кинетических моделей горения. То есть, мы будем понимать в какой момент, как быстро и какие вещества появляются и расходуются. И в этом действительно уникальность, потому что подобную установку именно для измерения химических реакций еще никто в мире пока не использовал», — сказал Александр Мебель.

В перспективе установку можно будет легко модернизировать, что расширит диапазон проводимых экспериментов.

«Наша установка сконструирована так, что на ее базе можно будет проводить эксперименты с несколькими молекулярными пучками. Когда мы делали установку, то еще на этапе чертежей предусмотрели возможности такой модернизации. Сейчас в вакуумной камере предполагается один молекулярный пучок, но конструкция позволяет установить источник второго пучка. Если проводить эксперименты со скрещенными пучками, когда летящие молекулы из разных пучков сталкиваются друг с другом, то можно исследовать химические реакции, происходящие не только в околозвездном пространстве, где высокие температуры, но и в молекулярных облаках, которые находятся далеко от звезд и где, соответственно, очень низкая температура», — рассказал Александр Мебель.

По мнению ученого, эти эксперименты позволят лучше понять химическую эволюцию Вселенной и, возможно, пути происхождения самой жизни — ведь, как доказано, многие биологически важные молекулы — такие, как аминокислоты — могут синтезироваться в космосе на поверхности звездных пылинок, образованных из полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). На Земле ПАУ входят в число вредных загрязнителей и присутствуют в выхлопах любого двигателя на углеводородном топливе.

«Если мы сможем понять, как образуются ПАУ в космических условиях, как они переходят из газовой в твердую фазу и образуют твердые пылинки, мы сможем лучше понять происхождение жизни во Вселенной», — подытожил Александр Мебель.

Фото: ssau.ru/Анар Мовсумов

Источник: TLT.ru

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите левый Ctrl+Enter.

Для комментирования войдите через любую соц-сеть:

COVID-19. У Вас есть QR-код?

Загрузка ... Загрузка ...

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: