Детский Science Slam: быть маленьким — не значит быть хуже или лучше
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.
Мария Чепелева, ученица 7 класса лицея №130
— 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!
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 объеме, 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 желтого 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
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.
Саша Вронский, ученик 7 класса лицея №130
— 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
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.
Артем Яковлев, ученик 11 класса гимназии №3
— 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 все необходимое, а через некоторые время узнал про ЦМИТ КЮТ, где мне помогли усовершенствовать устройство. С каждым разом образцы получались все лучше и лучше. Сейчас для меня это целый проект, который состоит из квадрокоптера и зарядной станции, а полет происходит полностью в автономном режиме.
