Нанотехнология в атомной отрасли и будущее атомных городов
Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
Казанский Национально-Исследовательский Технологический Университет
Кафедра технологии электрохимических производств
Реферат
на тему:
«НАНОТЕХНОЛОГИЯ В АТОМНОЙ ОТРАСЛИ И
БУДУЩЕЕ АТОМНЫХ ГОРОДОВ »
Выполнила:ст.гр.429131
Токарева К.В.
Проверила:
Григорьева И.О.
Казань,2011
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Атомная отрасль — пионер в инновационной сфере нанотехн
ологий. 4-5
- Ключевые направления совместно
й деятельности атомщиков и 5-8
нанотехнологов.
- Результаты достижений предприятий атомной отрасли. 8-13
- Стратегия будущего.
13-15 - Социальные аспекты нанотехнологии.
15-17
Заключение. Достижения наноиндустрии и качество жизни населения. 18-20
Список литературы
Приложения.
Приложение 1. Основные понятия, термины, сокращения 22
Приложение 2. Разработки ФГУП ВНИИНМ в области нанотехнологий 23-29
и наноматериалов
Введение
Мы все чаще
слышим слова нанонаука, нанотехнология,
наноструктурированные
«По прогнозам большинства экспертов, именно развитие нанотехнологий определит облик XXI столетия, подобно тому, как открытие атомной энергии, изобретение лазера и транзистора сформировали лицо века ХХ-го,» — считает академик, лауреат Нобелевской премии Жорес Алферов.1
Многократное увеличение быстродействия, уровня интеграции и расширение функциональных возможностей в электронике, оптике, робототехнике, материаловедении, биологии, информатике и других областях науки и техники возможно на основе нанотехнологии - науки об управлении процессами на уровне атомов и молекул (1 нанометр = 10-3 мкм). Практически не останется ни одного раздела науки и техники, который не претерпит кардинальных изменений с развитием нанотехнологии. Поэтому развитие нанотехнологии называют нашим будущим.
Сегодня развитие нанотехнологии уже началось и взрывообразно захватывает все новые и новые области.
Цель настоящей работы – на основе изученных материалов доказать, что будущее российских атомных городов будет определяться политикой государства, направленной на развитие в этих городах инновационных технологий, наукоемких производств, нанотехнологий, что обязательно должно привести к улучшению качества жизни населения.
Задачи:
- Изучить материалы СМИ и специальную литературу по вопросам нанотехнологий и наноматериалов;
- Определить ключевые направления предприятий атомной отрасли в нанотехнологиях;
- Обозначить перспективы этих направлений, их реализацию в социальном аспекте;
- Определить влияние достижений в области нанотехнологий предприятий атомной энергетики на качество жизни населения.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
1.Атомная отрасль — пионер в инновационной сфере нанотехнологий.
Сегодня, кажется, стало ультра модным все, что с приставкой нано, но среднему обывателю собственно о нанотехнологиях и их практической пользе по-прежнему известно немногое. И если поискать в поисковых системах Интернета материалы по ключевым словам «нанотехнологии для каждого человека», то первым делом обнаружатся сомнительные исследования о возможности обретения бессмертия и способности ходит по стенам с помощью наноразработок.
Однако, если говорить об этом серьезно, то оказывается, что ничего революционного не произошло и то, что мы сегодня называем нанотехнологиями, ученым знакомо уже как минимум век. А первые наноматериалы в современном смысле в нашей стране были получены в 50-е годы прошлого века именно на предприятиях Министерства среднего машиностроения СССР.
«На самом деле, - как говорит директор ГНЦ ФГУП «Всероссийский научно- исследовательский институт неорганических материалов им. Академика А.А.Бочвара», (являющимся сегодня организующим центром исследований атомной отрасли в наносфере) А.Путилов,- нанотехнологиями люди занимаются уже сто лет. Например, коллоидная химия - это обычные нанотехнологии, только никто их так тогда не называл. Аэрозольные технологии- то же самое. Когда мы в 50- е годы начали заниматься разделением изотопов одним из широко применяемых методов была диффузионная технология, основанная на использовании ультрадисперсных материалов. А сегодня они называются наномембраны. Так что все разработки и подходы, в том числе аналитические, родились на наших предприятиях, и довольно давно. Мы стояли в какой- то мере у истоков нанотехнологий».2
Кроме того, известно, что атомная отрасль России начала применять нанотехнологии и наноматериалы одной из первых в мире. Уже в 1950-е годы на предприятиях ядерного топливного цикла при создании диффузионных технологий изотопного обогащения урана были впервые синтезированы наноразмерные металлические порошки. Сегодня у Росатома есть все шансы сохранить и упрочить ведущие позиции в мировой наноиндустрии.
Для справки. Слово «нано» произошло от греческого nanos, что в переводе означает «карлик». Эта приставка применяется для образования наименований дольных единиц, по размеру равных одной миллиардной доле исходной единицы. Нано - это все, что десять в минус девятой степени.
Наноразмер- от единицы до 70-80 нанометров, это тот размер, на котором квантовые свойства материи имеют макропроявления. В этом вся суть нанотехнологий. При этом то, что меньше 1 нанометра, относится к квантовым свойствам, а все, что больше 70-80 нанометров,- это уже материал. В промежутке- нановещество, где свойства начинают зависеть от размера при одном и том же химическом составе. Это революционное качество, которое именно этот размер отличает. Ведь свойств у вещества довольно много: физические, химические, прочностные, электрические, магнитные и так далее. И их использование в данном размерном диапазоне очень широко. Сейчас появились технологические возможности пощупать этот размер (например, сканирующие туннельные микроскопы), и появился новый термин- нанотехнология.
Характерен для вышесказанного
пример. Сверхпроводники имеют
2.Ключевые
направления совместной
атомщиков и нанотехнологов.
Развитие атомной энергетики не возможно без наноматериалов и нанотехнологий. Поэтому, Глава Росатома Сергей Кириенко первым подписал соглашение о сотрудничестве с госкорпорацией Роснанотех, в котором были названы 4 ключевых направления для совместной деятельности атомщиков и нанотехнологов: материаловедение, медицина, сверхпроводники и наномембраны, используемые в частности для очистки воды.
Материаловедение - наиболее масштабное направление для атомщиков. Речь идет о создании комплекса технологий по выпуску функциональных и конструкционных материалов для атомной отрасли. И без решения этих вопросов невозможно будет появление реакторов четвертого поколения, которые должны стать основой развития ядерной энергетики будущего. Новые материалы на базе нанотехнологий и наносистем во
многом обеспечивают качественные
параметры будущих
Второе направление- медицина, начиная с радиоизотопной диагностики и терапии, использования радиоизотопов и радиофармпрепаратов различного назначения, кончая выпуском наноструктурных элементов для трансплантологии. Результаты этой
деятельности имеют серьезное гуманистическое значение и более очевидны конкретным людям. И если в последние годы отечественная атомная отрасль была в сфере радиомедицины скорее «сырьевым придатком», то теперь настало время переходить к поставкам готовой продукции.
Третье направление - сверхпроводники. Российская индустрия уже в 2007 году выпустила 500 кг наноструктурных сверхпроводников для международного проекта ИТЭР, а в этом году уже выпускает 1,5 тонн. Сверхпроводящие материалы уже сегодня используются в устройствах традиционной энергетики, в различных трансформаторах, кабелях и накопителях. Так что и здесь в конечном итоге нанотехнологии снова «приходят в каждый дом» в виде произведенных киловатт- часов.
Четвертое направление касается производства наномембран для очистки и разделения различных сред, водных и газовых. Ученые считают, что все процессы водоочистки и водоподготовки, развитые в атомной отрасли достаточно хорошо, могут быть перенесены на любую другую почву, где используется вода.
Эксперты подсчитали, что через 5 лет примерно17% товаров на мировом рынке будут произведены с использованием в той или иной степени нанотехнологий.
Объем мирового рынка наноиндустрии
$2,9 трл.
$1,2 трл.
$0,7трл.
2008г.
В России в 2015 году общий объем производства
нанопродукции должен составить
около 1,5 трлн. рублей. Приблизительно
через 5-7 лет весь рынок будет
поделен между ключевыми
Страны-лидеры на мировом рынке нанотехнологий |
Страны, стремящиеся к лидерству на мировом рынке нанотехнологий |
США |
Россия |
Япония |
Австрия |
Германия |
Великобритания |
Южная Корея |
Китай |
Франция |
Политика государства сегодня направлена на наращивание финансирования исследований в сфере наноиндустрии.
Федеральные программы |
Сроки реализации |
Объем финансирования (млд.руб) |
Федеральная Целевая Программа Подпрограммы: «Микроэлектроника» «Наноэлектроника» |
2008-2019 |
30 |
Программа развития инфраструктуры наноиндустрии |
2008-2012 |
27 |
Объем заявок российских ученых в рамках программ развития нанотехнологий - 190 млрд.руб | ||
Через ближайшие 7-8 лет российские предприятия, работающие в сфере нанопроизводства, должны занять 4% мирового рынка нанопродукции.
Сегодня в России существует уже порядка 300 фирм – разработчиков нанопродукции. Кроме того, в военно- промышленном комплексе и гражданской сфере имеются десятки предприятий, освоивших нанотехнологии, а также сотни заявивших о намерении освоить их в ближайшее время.
Для координации научно-
Центра является Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. академика А.А. Бочвара.(см. Приложение 2)
Стратегическая цель Центра - создание
и развитие научной, технической
и технологической базы в области
нанотехологий и
- развитие высокотехнологичных секторов производства на базе широкого внедрения нанотехнологий и наноматериалов, обеспечивающее повышение конкурентоспособности и расширение присутствия России на мировом рынке наукоемкой высокотехнологичной продукции;
- обеспечение снижения уровня угроз террористических актов, техногенных катастроф путем широкого внедрения специальной наносистемной техники,
- внедрение в практическое здравоохранение средств и методов диагностики, лекарственных средств нового поколения и лечебной аппаратуры на основе достижений нанотехнологий и наноматериалов,
- повышение уровня экологической безопасности и комфортности среды обитания за счет применения наносистемной техники для мониторинга и защиты окружающей среды.
Я думаю, что поставленные задачи могут быть успешно решены, если по достоинству будет оценен главный потенциал наноиндустрии, как, впрочем, и в любой другой высокотехнологической отрасли, - люди. Ведь для того, чтобы работать на острие современной науки, необходим не только технический и технологический потенциал, но и конкретные специалисты, которые могли бы этим потенциалом воспользоваться. А это- единицы, так называемый золотой фонд.
3. Результаты достижений предприятий атомной отрасли.
У атомного энергопромышленного комплекса России имеется хороший задел в области нанотехнологий и наноматериалов, позволяющий реализовать Президентскую инициативу «Стратегия развития наноиндустрии». Интеллектуальный, организационный и финансовый потенциал отрасли дает ей шансы занять лидирующие позиции на международном рынке нанопродукции. Об этом красноречиво говорит и экспозиция Росатома, представленная на ежегодной специализированной выставке нанотехнологий и наноматериалов NТМЕХ. Представленные для показа разработки атомного энергопромышленного комплекса направлены, прежде всего, на создание и внедрение:
- специальной наносистемной техники для обеспечения гарантированной безопасности использования атомной энергии,
- интеллектуальных наноматериалов и применение нанотехнологий в атомной энергетике, физической защите радиационноопасных объектов;
- принципиально новых радиационностойких конструкционных материалов и высокоэффективного ядерного топлива для атомной энергетики;
- электротехнических, магнитных и сверхпроводящих материалов и изделий для широкого внедрения в энергетику, прежде всего, атомную;
- средств и методов медицинской диагностики, лекарственных средств нового поколения и лечебной аппаратуры.
Главные лидеры в этих направлениях - предприятия и научные институты Росатома.
Институты и производственные предприятия Росатома |
Наноразработки |
|
Всероссийский научно-исследовательский им. А.А.Бочвара (ВНИИНМ) г.Москва |
Разработка |
|
ГНЦ РФ – Физико- энергетический институт г. Обнинск |
Разработана жидкометаллическая технология синтеза наноструктурных аэрогелей, позволяющая производить керамику с повышенной прочностью и термостойкостью (конструкционные материалы, ядерное топливо, сенсоры для жидких металлов); комплекс оборудования (мини-завод) на основе наноструктурированных мембран и природных сорбентов для производства питьевой воды повышенного качества. Он базируется на экологически безопасном и энергосберегающем сорбционно-мембранном методе очистки воды и пищевых жидкостей от различного типа загрязнений. Технология не имеет аналогов, а стоимость мини-завода - в 2 раза ниже существующих установок очистки питьевой воды. |
|
Уральский электрохимический комбинат (УЭХК) г. Новоуральск |
Выпускает:
|
Сибирский химический комбинат (СХК) г. Северск
|
Разработан проект по созданию производства керамических изделий из диборида циркония для выгорающих абсорбентов. Проект направлен на разработку технологии, позволяющей производить ключевой компонент ядерного топлива для атомных реакторов улучшенной производительности. Результаты этой работы могут принести пользу атомным электростанциям России, США, Великобритании, и других стран. |
Горно-химический комбинат (ГХК) г. Железногорск |
Производство |
|
ФГУП«Красная звезда» г.Москва |
Единственный в мире производитель
космических ядерных |
|
ФГУП НИИ НПО «Луч» г.Подольск |
Создание :
|
|
Федеральный научно-производственный центр ФГУП «Производственное объединение«Старт» г.Заречный Пензенской обл. |
Создание:
|
|
ФГУП РФЯЦ-ВНИИЭФ г. Саров |
Ведутся работы в области нанотехнологий, наноматериалов и наносистем - как в интересах совершенствования ядерного оружия, так и по открытой тематике. За это время получены значительные результаты. В том числе, разработаны объемно наноструктурированные и нанопленочные материалы, отработаны технологии их получения и диагностики, проводится их внедрение. |
|
Специальное научно- производственное объединение «Элерон» (ФГУП «СНПО «Элерон») г.Москва |
Крупнейшее в стране научно- исследовательское, проектно- конструкторское и монтажно- наладочное предприятие по созданию технических средств охраны, систем безопасности и оснащению ими объектов различного назначения. Перспективные направления:
|
Государственный научный центр РФ Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований (ГНЦ РФ ТРИНИТИ) г.Троицк Московская область |
|
|
Государственный научно-исследова-тельский и проектный институт редкометаллической промышленности ГНЦ РФ «Гиредмет» г.Москва |
Единственная научно- исследовательская, проектная и производственная организация материаловедческого профиля в области редких металлов, титана и полупроводников, самостоятельно реализующей в полном объеме цикл «наука - техника - производство». Сферы использования материаловедческих разработок: космическая и оборонная техника, медицина и здравоохранение, электроника, информатика, связь, транспорт, экология, металлургия и машиностроение, сельское хозяйство, энергетика и др. Созданы : новые виды конструкционных и функциональных материалов, неорганических композитов синтетических кристаллов, пленок, стекол, керамики, обладающих высокой ударной вязкостью, термокоррозионной стойкостью; сорбенты, катализаторы, полирующие порошки, наполнители, высокочистые карбиды, нитриды, бориды, силициды, высокодисперсные материалы, радиационностойкие, биостойкие, антикоррозионные сплавы, простые и сложные полупроводниковые соединения, материалы высокотемпературной сверхпроводимости, поли- и монокристаллические материалы со специальными оптоэлектронными свойствами и др. |
ОАО «Ведущий научно-исследова-тельский |
Проводит исследования по разработке технологий получения нанопорошков и их использованию в различных ядерных технологиях. |
Как видно из вышеприведенной таблицы предприятия Росатома демонстрируют достаточно высокий уровень инструментария атомной отрасли для развития нанотехнологий.
Другим ярким примером вышесказанного явилось участие 10 организаций атомной отрасли в коллективной экспозиции ГК «Росатом» на Первом международном форуме по нанотехнологиям Rusnanotech-2008, на которой они продемонстрировали широчайшую гамму наноразработок, которые могут быть реализованы во многих отраслях промышленности и обладают перспективами выхода на международный рынок. Некоторые из них, на мой взгляд, кажутся просто фантастическими.
Например, новаторская разработка СНПО «Элерон» — наносенсорная нейроподобная система «Электронный нос». Это созданная на базе нанотехнологий интеллектуальная система искусственного обоняния и распознавания запахов. Разработке суждено стать надежным инструментом в борьбе с контрабандой, наркобизнесом и терроризмом. Кроме этого, «Электронный нос» может найти широчайшее применение в медицине, помогая проводить массовую диагностику заболеваний и инфекций. Система в состоянии безошибочно определять качество пищевых продуктов и лекарств, буквально по запаху вести поиск месторождений нефти, газа и других полезных ископаемых. Но самое удивительное заключается в том, что «Электронный нос» — уже на пороге массового производства. Как прогнозируют специалисты, в случае успеха массовое внедрение этой системы позволит получить прибыль до $4 млрд.
Интерес вызывают наноразработки Уральского электрохимического комбината. В перспективных планах предприятия производство электрохимического генератора, способного заменить двигатель внутреннего сгорания. В основу его работы заложены уникальные нанотехнологии, предназначавшиеся для космической отрасли.
На УЭХК уже создан и прекрасно функционирует опытный образец такого электрохимического генератора. Он установлен на одном из автомобилей отечественного производства, который показывает отличные ходовые качества. Сейчас стоит задача максимально сократить стоимость генератора и довести его до серийного производства. Работы над агрегатом идут в тесном сотрудничестве с «АвтоВАЗом», который очень заинтересован в новом двигателе.
Перспективны производства и Чепецкого механического завода (г.Глазов). Развивая традиционные направления - выпуск циркония и его соединений, кальция и урановой продукции- он делает серьезные шаги по развитию новых современных направлений: созданию прокатного производства (титан и нержавеющая сталь), освоению производства сверхпроводников , развитию производства керамики на основе диоксида циркония и изделий из нее. Интерес к наноструктурной керамике на основе диоксида циркония как к конструкционному материалу обусловлен ее исключительными характеристиками: высокой изностойкостью, прочностью, увеличенной термостойкостью, пониженным коэффициентом трения, увеличенной ионной проводимостью, стабильностью физико- химический свойств.
Тенденции развития мирового рынка циркониевой керамики указывает на расширение спроса на нанопорошки из диоксида циркония. Нанопорошки из диоксида циркония находят все более широкое применение в различных областях промышленности.
Область промышленности |
Применение нанопорошков |
|
Энергетика |
топливные элементы, ионные химические источники тока, мембраны для солнечных батарей, покрытия деталей турбин, пар трения. |
Металлургия |
газовые датчики кислорода, распылители. |
Электроника |
лезвийный инструмент для оптоволокна, сенсоры, датчики влажности |
Машиностроение |
режущий инструмент, фильеры и нанокомпозитные материалы; |
Медицина |
имплантанты, фильтры- ионообменники, ингаляторы, скальпели. |
4. Стратегия будущего
"Если
бы меня спросили, какая область
науки
может обеспечить нам прорыв
в
будущее, я бы назвал нанотехнологии"
Р.
Фейнман, физик, лауреат Нобелевской премии
Я думаю, что всем известен тот факт, что наша страна имеет весьма высокую удельную энергоемкость экономики, вдвое превышающую аналогичный показатель в США и в целом по миру. Одновременно потенциал энергосбережения у нас в стране составляет 360-450 млн. тонн условного топлива, или около 40-45% текущего потребления энергии.
Поэтому, для России решение проблемы энергоэффективности особенно актуально. Как решить эту проблему? За счет чего можно сэкономить?
Несмотря на то, что решение этой задачи в России, да и во всем мире пока что находится в стадии разработки, в электроэнергетике уже реализуется ряд пилотных проектов по использованию наноматериалов.
Во-первых, сегодня в качестве перспективного энергоносителя рассматривается водород. «Курчатовский институт» и другие российские институты уже разрабатывают соответствующие энергетические установки, обеспечивающие рост КПД до 40-70%.
Второе перспективное

- Нанотехнология в различных промышленностях
- Нанотехнология дегеніміз не?
- Нанотехнология деталей машин
- Нанотехнология және наножүйелер туралы негізгі түсініктер. Қолданылатын терминдер
- Нанотехнология и живой организм
- Нанотехнологияның даму тарихы және оның жетістіктері
- Нанотехнология. Перспективы развития
- Нано технология
- Нанотехнология
- Нанотехнология
- Нанотехнология
- Нанотехнология
- Нанотехнология
- Нанотехнология