А на Урале строится... кремниевая долина!

Друзья!

В нынешний Год науки в Сети не обходится ни один серьезный сайт без публикации материалов о достижениях ученых и инженеров, в том числе российских. Вот одна их последних статей на эту тему!
Отступление.

"Редкоземельные металлы или сверхпроводники как ключ к сверхмощным ветровым турбинам? Представьте, что в море установлена огромная ветровая турбина. Её башня с 250-тонной гондолой наверху достигает высоты ста метров над поверхностью воды. Шестидесятиметровые лопасти описывают круги в солёном тумане. А теперь удвойте размеры, а массу увеличьте в пять раз.

Специалисты, работавшие над европейским проектом InnWind (2012–2017), подсчитали: если по доступным в то время технологиям построить 20-мегаваттную ветровую турбину, она будет иметь гондолу массой примерно 1300 тонн, в которую должен поместиться генератор диаметром 14 метров. Каждая из трёх лопастей при длине 120 м потянет на 40 тонн. Для того чтобы на высоте 170 метров над уровнем моря удерживать оборудование общей массой порядка 1700 тонн, потребуется монстроидальная башня.

«Проблема в том, что существующие технологии уже упираются в конструктивные пределы, – объяснял Айкер Марино, инженер-электротехник в группе возобновляемой энергии и энергонакопителей, работавшей в Испании в рамках европейского проекта Suprapower по созданию ветровой турбины со сверхпроводниками. – Масса оборудования, которое нужно разместить в гондоле, слишком велика».

В один прекрасный день строители морских ветропарков с этой проблемой столкнутся. Операторы ветровых станций требуют всё более мощных турбин, и, судя по планам производителей, к середине текущего десятилетия на рынке должно появиться несколько серийных ветроустановок мощностью 13–15 МВт. Но вряд ли компании смогут продвинуться дальше простым масштабированием технологий, имеющихся ныне.

Проблему дальнейшего увеличения мощности ветрогенераторов можно решать с помощью сверхпроводников. Так, согласно инженерным расчётам, благодаря применению сверхпроводящих обмоток вполне реально сократить диаметр генератора до одиннадцати метров, чтобы уменьшить и облегчить гондолу, снизив нагрузку на башню до 1550 тонн.

Учёные и инженеры, уже много лет работающие над этой задачей в международных проектах, говорят, что это будет монументальное технологическое достижение. Не только из-за технических трудностей, но и потому, что альтернативные варианты с постоянными магнитами из редкоземельных элементов стали экономически более привлекательными. Редкоземельные металлы дешевеют, и из них производятся магниты всё лучшего качества, так что конкуренция нарастает. Если не произойдёт прорыва в производстве сверхпроводящих обмоток, без них смогут обойтись даже 20-мегаваттные турбины.

Ротор турбины вращается довольно медленно, а для эффективной выработки электроэнергии необходимо быстрое изменение магнитного поля в обмотке. Поэтому ветровые турбины оснащаются механическими мультипликаторами, увеличивающими обороты в сотни раз.

Мультипликаторы имеют большую массу, требуют периодического обслуживания и ремонта, использования смазки, так что разработчики турбин стремятся от них избавиться. С этой целью разработаны генераторы с прямым приводом, в которых на роторе большого диаметра располагается множество магнитов (электрических или неодимовых). Благодаря этому магнитное поле в обмотках статора быстро меняется даже при низкой скорости вращения ротора.

Именно такая система прорабатывалась в европейском проекте Suprapower для 10-мегаваттного генератора со сверхпроводящими обмотками. В качестве материала для изготовления сверхпроводника был выбран диборид магния. Это не самый высокотемпературный, но относительно недорогой сверхпроводник. На ободе ротора помещаются 48 криостатов с обмотками, охлаждаемыми до температуры ниже 40 K. Поток криогенной жидкости поступает по трубкам через вал генератора.

В данном случае сверхпроводник устраняет ограничение на плотность тока в медном проводнике. В экспериментальной обмотке получен ток плотностью 58 A/кв. мм, при которой медь быстро расплавилась бы. Стоит отметить, что в предложенной концепции из сверхпроводящего материала изготавливаются только обмотки возбуждения. Явление сверхпроводимости помогает заменить тяжёлые магниты из редкоземельных металлов на лёгкие обмотки в роторе, но ничего не даёт для снижения размеров и массы статора.

В рамках проекта итальянская компания Columbus Superconductors изготовила два криостата со сверхпроводящими обмотками. При этом хрупкий сверхпроводник MgB2 был встроен в медную ленту. Медь предохраняет его от поломки и отводит тепло. Обычно сверхпроводники погружают прямо в криогенную жидкость, но в данном случае инженеры предпочли организовать теплоперенос для упрощения процедур технического обслуживания и ремонта. Стремились к тому, чтобы для замены одного электромагнита не приходилось размораживать все 48 криостатов. Расчёты подтвердили, что предлагаемый подход позволяет построить 10-мегаваттный генератор массой 163 тонны, сократив вес на 26% по сравнению с конструкцией на магнитах из «редких земель».

И хотя проект Suprapower завершился в 2017 году, идея не потеряла свою привлекательность. Сегодня американская компания GE Research пробует другой подход: криостаты со сверхпроводящими обмотками возбуждения располагаются на неподвижном статоре, а в роторе находятся медные обмотки, с которых снимается вырабатываемое напряжение. Согласно компании, возбуждающие обмотки будут «заряжаться» током и после этого замыкаться. В отсутствие потерь в катушке магнитное поле может существовать сколь угодно долго. Если что-то пойдёт не так, электромагниты будут «заряжены» заново. Впрочем, нельзя сказать, что это позволит кардинально снизить потребление энергии на собственные нужды: восемь криокулеров должны работать постоянно. Инженеры из GE рассчитывают построить работающий образец генератора в 2023 году.

С 2011 года цены редкоземельных металлов (а с ними и магнитов) быстро пошли вниз, отчего проекты по разработке ветроустановок со сверхпроводящими обмотками возбуждения потеряли свою привлекательность. Более того, для «редких земель» нашлись даже новые варианты применения. Речь о замене шестерёнчатого мультипликатора магнитным, в котором нет физического контакта поверхностей и, как следствие, нет смазки, механического износа шестерней и потерь энергии.

Магнитный мультипликатор, разработанный английской компанией Magnomatics, состоит из нескольких вложенных друг в друга цилиндров, в которые встроены мощные неодимовые магниты с чередующимися разными полюсами. Со статором мультипликатор объединяется в конструкцию, получившую название «генератор с псевдопрямым магнитным приводом»

На сегодня турбины с псевдопрямым магнитным приводом выглядят как наилучший вариант технологии для выхода на уровень 20 МВт".https://zen.yandex.ru/energovector
...Други!
Сможем ли мы не отстать от англичан и американцев, вовсю внедряющих зеленую энергетику у себя? Ветер, солнце, приливные волны, термальная энергия недр Земли- все это должно широко использоваться взамен угля и  нефти, чтобы ослабить климатический коллапс на планете.

Вл.Назаров


************
1.Российская Кремниевая долина скоро будет построена на Урале.

Импортозамещение – главный тренд современности. И все мы понимаем, что Россия сильно отстала от мира в производстве различной электроники. И вот первый шаг исправления ситуации сделан.
Нельзя догонять, пока самое основное страна вынуждена закупать в других странах. Говорю про «Технический кремний» и его производство в нашей стране.
Все в электронике, так или иначе, состоит из кремния. И вот в России уже точно будет построен завод, который будет производить технический кремний, который в дальнейшем можно отправлять на производство кремния для солнечных панелей и для производства электронных компонентов.
Строить будет компания Силарус. Изначально планировалось строительство завода в районе города Новоуральска, но в итоге  место строительства перенесли, и теперь завод будет построен на 20 гектарах особой экономической зоны «Титановая долина».
На заводе будут возведены две рудотермические печи потребляемой мощностью каждая по 27 Мегаватт. И для обеспечения этих печей будет возведена подстанция мощностью в 70 Мегаватт.
В качестве основного сырья для производства технического кремния планируется задействовать жильный кварц с содержанием основного вещества 99,7% с месторождения в УрФО.Поставщиков восстановителей готовы рассмотреть предприятия Свердловской и Челябинской областей. По этой причине перебоев в производстве быть не должно.По заверениям Силарус, от начала реализации проекта до первого объема готовой продукции пройдет всего 34 месяца. И это очень оптимистический план…
Вводиться завод будет в два этапа. В первый этап будет введена первая печь, во второй этап, соответственно, вторая печь начнет свою работу. Данный проект рассчитан на бюджет в 18 млрд. рублей.
https://zen.yandex.ru/megaloman
************
2.Негативная материя - это не антиматерия.
Но она еще более странная и обещающая фантастические возможности!

Антиматерия давно перестала быть исключительно гипотетической субстанцией и теперь она присутствует не только в научной фантастике, типа бестселлера Дэна Брауна «Ангелы и демоны» или недавно вышедшего фильма Кристофера Нолана «Довод», но и на страницах фундаментальных трудов ученых и, более того, в стенах исследовательских лабораторий. Идея о возможности существования негативной материи намного менее популяризирована и еще менее научно обоснована.

Известный физик и писатель-фантаст Роберт Л. Форвард в первом же абзаце своего исследования «Движение отрицательной материи», опубликованного в 1988 году, признавался, что за два десятилетия, в течение которых он читал лекции о различных аномальных концепциях в физике, ни одна теория не вызывала такого скепсиса и иронии, как идея о возможности существования отрицательной материи и о ее возможных свойствах.
Теорию о существовании вещества с отрицательной массой,- именно так и определяется негативная материя, - отвергается большинством ученых, а на бытовом уровне считается бредом фантастов. Но разве не удивительно, что современный человек, в эпоху которого реальностью стала ни одна, а тысячи, считавшихся ранее нереальными, идей, проявляет сепсис по поводу вполне логичной теории?
Логика существования отрицательной массы напрашивается из-за сходства гравитационного и электро-магнитного взаимодействий. Если сравнить формулы, одна из которых описывает закон всемирного тяготения, а вторая закон Кулона, то нельзя не заметить их сходства.

Собственно Шарль Кулон в 1785 году и вывел свою формулу, вдохновившись ньютоновской гравитацией, после того как понял, что величину заряда частицы можно соотнести с ее массой.
Теоретики негативной материи, такие как Герман Бонди и Банеш Хоффман, решили, что если заряды могут быть положительными и отрицательными, то почему с массой не может быть также?
Но в электро-магнетизме притягиваются частицы, имеющие противоположный заряд, а частицы с одинаковым знаком заряда отталкиваются. С гравитацией все явно не так. Если считать всю известную нам обычную материю, обладающей положительной массой, то гравитационно притягиваются как раз «одноименные» массы. Если бы негативная материя реально существовала, то именно это свойство, вероятно, сделало бы ее самым дорогим веществом на Земле (на данный момент этот "титул" принадлежит антиматерии из-за дороговизны ее производства). Дело в том, что если бы масса, являющаяся характеристикой вещества, отражающей меру его инерции, могла быть отрицательной, то она реагировала бы на приложение к ней любой силы (в том числе гравитации) непривычным нам способом - а именно двигалась бы в противоположном направлении. Например, чтобы поднять гирю из «отрицательного чугуна» придется надавить на нее вниз!
Другая странность состоит в том, что, например, предметы из отрицательной материи, вопреки ожиданиям, не должны парить в воздухе или улетать в космос, отталкиваемые гравитацией Земли (здесь нет места анитигравитации!). Да, Земля действительно будет отталкивать предмет из негативной материи от себя, но ускорение предмета будет направлено в сторону, противоположную этому отталкиванию, то есть в сторону Земли.

Основываясь на этом странном (теоретическом!) свойстве Роберт Форвард обосновал идею безреакционного двигателя Nullor Drive, который практически не имеет пределов для скорости и расстояния.
Негативная масса рисует перспективы близкие к реализации вечного двигателя и, возможно, понимание этого факта и является причиной колоссального (и не очень рационального) скептицизма к данной теории. Но стоит вспомнить, что идея античастиц (основы антиматерии), обоснованная в 1928 году Полем Дираком только теоретически, тоже вызывала неверие в реальность такого вещества, пока его не стали производить в лабораториях в 60-х годах прошлого века.
На сегодняшний день в лаборатории уже было создано вещество, по свойствам напоминающее негативную материю, пока в объеме всего 0,001 мм?, но с чего-то начинать надо. Есть теоретические обоснования возможности существования вещества с отрицательной массой в пустотах космоса. Некоторые физики полагают, что в негативная материя может оказаться той самой неуловимой темной материей, и тогда вместе получением бесценного ресурса мы могли бы раскрыть одну из самых непостижимых загадок нашей постоянно расширяющейся Вселенной.
А пока серьезные физики будут относиться к теории негативной материи не серьезно, дело далеко не продвинется. Но, как показывает история науки, реальные прорывы обеспечивают как раз те самые несерьезные исследователи, для которых слова "нереально" и "невозможно" являются не стоп-сигналом, а вызовом. На них вся надежда!
https://zen.yandex.ru/futurycon
********************
3.Ученые на ускорителе обнаружили то, что сами не в состоянии объяснить

Американские ученые, в процессе экспериментов на ускорители, обнаружили не известную ранее силу, действие которой не могут объяснить.
Исследователи из Национальной ускорительной лаборатории Ферми (Fermilab) в Иллинойсе обнаружили новые доказательства того, что субатомная частица, называемая мюоном, действует под воздействием некой неизвестной силы, объяснить которую они пока не могут.
Мюон - неустойчивая элементарная частица с отрицательным электрическим зарядом и спином. Это очень тяжелая элементарная частица, в несколько сотен раз тяжелее электрона. Эта частица абсолютно не предсказуема, на нее почти невозможно повлиять ядерным взаимодействием. На Земле мюоны не задействованы в каких-либо химических элементах, а появляются они из космоса. Мюоны обнаружили почти 100 лет назад в 1936 году, но до сих пор не понятно зачем они нужны в природе.
известные нам типы взаимодействия
известные нам типы взаимодействия
Суть эксперимента, в результате которого обнаружилась неведанная и не объяснимая сила, в том, чтобы разогнать на ускорителе, установленном в лаборатории, элементарные частицы в потоке сильного магнитного поля.
В такой среде можно предсказать поведение любых элементарных частиц, зная какие силы воздействуют на них в данный момент. Эти взаимодействия являются основой современной физики и описаны сначала Эйнштейном в общей теории относительности, а позже Маухаммадом Абдус Саламом в теории электрослабого взаимодействия, а позже в квантовой теории гравитации.
Вся современная физика построена на этих теориях, но мюоны в ускорителе двигались совершенно непредсказуемо. На мюоны действовала некая сила, не известная до последнего времени. Если ученые смогут ее описать, то все фундаментальные основы современной физики потребуют пересмотра и переоценки.

Ученым предстоит сложная задача описать силу, с которой мюон взаимодействует со всей вселенной, сейчас понятно только, что мюон чувствителен к чему то, о чем мы не догадывались и чего не существовало ранее в системе наших координат.
Хотя, возможно, это и ошибка эксперимента. Сейчас ученые продолжают анализировать результаты эксперимента, полученные с ускорителя, на данный момент проанализировано не более 6% всего объема.
https://zen.yandex.ru/newsiru
******************
Материалы из Сети подготовил Вл.Назаров
Нефтеюганск
28 июня 2021 года.