Радиационные технологии

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