Применение радиационных технологий в индустрии Александр Фертман Директор по науке Кластера ядерных технологий Источники радиации и поля РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРИОРИТЕТНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ ДЛЯ КЛАСТЕР ЯДЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ФОНДА СКОЛКОВО Ускорители Лазеры Плазма Магниты Изотопы Эффекты Изменение свойств материалов Разрушение связей Изучение структур Рынки Безопасногсть (системы инспекции) Медицина (диагностика и терапия) Наука (LHC, FAIR, XFEL) Энергия (переработка выбросов, обработка нефти) Продукты питания (обработка, дезинфеция) Промышленность (шины, кабели, микроэлектроника) 2 2 2 MARKET PRIORITIES FOR IMPLEMENTATION OF NUCLEAR AND RADIATION TECHNOLOGIES •Nuclear industry •Medicine and biotechnologies •Microelectronics •Manufacturing and processing industries •Security and safety •Food and water markets •Ecological sustainability • Scientific market 3 КЛАСТЕР ЯТ СКОЛКОВО И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПЛАТФОРМА «РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ» Технологическая платформа – механизм определения приоритетов и специализации России в глобальной системе разделения труда в сфере радиационных технологий В Кластере ЯТ сегодня более 85 компаний участников. Более 50% связаны с РТ Координатор техплатформы – Некоммерческое партнерство «Общество профессионалов в области радиационных технологий» ) Медицина Изотопы Микроэлектроника и Ускорители Индустриальное облучение и НК Управление излучением и электромагнит -ными полями Магнитные поля В состав технологической платформы входят более 80 организаций (НИИ, университеты, бизнес и др.) Плазма Лазеры Пища и вода Безопасность Рынки 4 СТРАТЕГИЯ ПРИВЛЕЧЕНИЯ УЧАСТНИКОВ И СТРАТЕГИЧЕСКАЯ ПРОГРАММА ИССЛЕДОВАНИЙ СПИ – 1.0 СПИ – 2.0 ЗАДАЧА: формирование критической массы проектов, выделенных в качестве приоритетных в рамках технологической платформы на основе качественного анализа ЗАДАЧИ: Повышение качества портфеля проектов ТП РТ за счет формирования требований к проектам со стороны глобальных технологических лидеров 1 2011 1 2 2013 Формирование новой повестки – специализации России в кооперации с глобальными центрами компетенций 2015 2017 5 ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ДОРОЖНОЙ КАРТЫ (НИУ ВШЭ) 6 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДОРОЖНЫХ КАРТ (НИУ ВШЭ) 7 ОБРАБОТКА КОМПОЗИТОВ РЕНТГЕНОВСКИМ ИЗЛУЧЕНИЕМ 8 ПРОМЫШЛЕННЫЕ РЫНКИ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ – 2012 Г. 9 РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРОИЗВОДСТВЕ ЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА • • * - • Открытое в 1970-80 годы группой учёных Ленинграда, Новосибирска, Алма-Аты и Еревана явление радиационно-термической активации твёрдофазных реакций в неорганических системах позволяет кардинально интенсифицировать и сделать намного более «дружественным» по отношению к окружающей среде производство многих энергоёмких, высокотемпературных продуктов. Пучок электронов высокой энергии (1,5 – 2 МэВ) передаёт её всему объёму облучаемого вещества одновременно, исключая фактор теплопроводности, лимитирующий скорость процесса. Помимо чисто термического эффекта скоростного обжига имеет место явление радиационно-термической активации. РТ-активация применительно к получению цементного клинкера – это: снижение на 150-200°С температуры физико-химических превращений; образование портландцементного клинкера из сухой сырьевой смеси при мощности поглощённой дозы 200400 Вт/г за 5-15 с (во вращающихся печах на это уходит более часа). Основы РТ-технологии цемента разработаны в 197080-ые годы институтом «Гипроцемент» в содружестве с НИИЭФА (Ленинград) и Институтом ядерной физики (Новосибирск).. IONIZING RADIATION AND A WOOD – BASED BIOREFINERY • Electron beam irradiation is an environmentally friendly pretreatment method for the production of bio-fuels and chemicals from wood. – Increases the hot water extraction of lignin and hemicellulose. – Reduces the recalcitrance of cellulose. • Increases the rate of enzymatic hydrolysis. – Reduces the energy needed for milling. – Can be used to sterilize wood chips. ПРОМЫШЛЕННАЯ МЕТРОЛОГИЯ 12 ISOTOPE HYDROLOGY FOR WATER MANAGEMENT UNIQUE TECHNIQUE TO STUDY WATER DYNAMICS • Mapping underground water streams • Improved water management • Investigating contamination Serving Basic Human Needs 13 АТМОСФЕРНАЯ ПЛАЗМА ДЛЯ ПОТОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ТЕКСТИЛЯ И ВОЛОКНА 14 Potentially Big Business: Electron Beam Flue Gas Cleaning Pilot plants for turning toxic SO2 and NO2 from fossil fuel burning into fertilizer Mianyang, Sichuan; Poland Improvements needed: • • Efficiency and robustness of accelerator Stable but thin windows for beam Heavy metal contamination of fertilizer? 15 РЕЗУЛЬТАТЫ ФОРСАЙТА: КЛЮЧЕВЫЕ ТРЕНДЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ПОВЕСТКУ РАЗВИТИЯ РАДИАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Кратное снижение стоимости оборудования Обеспечение 100% доставки дозы в мишень Создание комплексных систем Внедрение «удешевляющих инноваций» Снижение стоимости сопутствующих технологий Компактизация оборудования Совершенствование технологий управления излучением Совершенствование технологий регистрации излучения 0 Совершенствование технологий «определения мишени» Технологизация новых применений РТ Технологический синтез для решения глобальных проблем • С биотехнологиями: новые Микроэлектроника средства доставки маркеров и лекарств; радиационная конверсия Строительство биомассы Переработка• С роботехникой: отходов роботизированные Пищевая отрасль радиохирургические системы Экология • С индустрией новых Энергетика материалов: использование РТ в 3D-печати; (радиационная • С IT : конверсия) биоимиджинг, квантовые компьютеры • C нанотехнологиями – выращивание наноструктур по темплэйтам трековых мембран для спинтроники 16 ПРИОРИТЕТНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ НОВОЙ ПОВЕСТКИ РАЗВИТИЯ РАДИАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ • Новые методы ускорения заряженных частиц (лазерно-плазменное ускорение, диэлектрики и т.д.) • Радиационная обработка полимеров (в том числе натуральных) – импланты, гидрогели, средства доставки лекарств • Радиационные технологии в новой микроэлектронике - EUV источники, новые резисты, снижение энергии имплантации • Радиационные технологии в строительстве – создание новых материалов, диагностика, обеззараживание • Конвергенция с биотехнологиями: •индустрия - лесопереработка, энергетика, экология, •медицина и косметология - Tissue Engineering • Конвергенция с нанотехнологиями – формирование наночастиц и регулярных структур, порошковая металлургия, Ion beam modification of materials 17 18