Программа создания и развития Физико-технологического института Уральского федерального университета имени первого

Вид материала

Программа

Содержание Ожидаемые результаты Ожидаемые результаты. Перечень ключевых опубликованных работ, в т.ч. в зарубежных изданиях Ожидаемые результаты Перечень ключевых опубликованных работ, в т.ч. в зарубежных изданиях

Подобный материал:

• Концепция создания уральского федерального университета согласовано, 395.43kb.
• Концепция создания уральского федерального университета согласовано, 395.34kb.
• Журнал «Современная экономика» №5 (17) 2011, 42.96kb.
• Журнал «Современная экономика» №10 (10) 2010, 81.19kb.
• 15 в филиалах и представительствах в 15 городах России, 360.81kb.
• «Перспективы развития казначейской системы», 41.6kb.
• Утверждаю руководитель тти южного федерального университета, 68.5kb.
• Тезисы доклада в одном экземпляре на бумажном носителе, 64.2kb.
• Программа 24 27 февраля 2012, 150.08kb.
• Учебно-методический комплекс дисциплины Бийск бпгу имени В. М. Шукшина, 1610.7kb.

Ожидаемые результаты

В рамках настоящего проекта предполагается моделирование более сложных систем, с получением принципиально новых данных. Новизна подхода заключается в комплексном применении оригинальных экспериментальных методов и установок, оригинальных методов компьютерного моделирования кристаллов на атомном уровне, разработке новых технологий в области применения изотопов гелий-3 в существующих ядерных технологиях и разработки технологии получения безнейтронного (Не-3 – D) топлива термоядерных реакторов.

Перечень ключевых опубликованных работ, в т.ч. в зарубежных изданиях:

1. Ryzhkov M.V., Kupryazhkin A. Ja. First-principles study of electronic structure and insulating properties of uranium and plutonium oxides. J. Nucl. Mater. (384), 2009, p. 226-230.
   
2. Коваленко М.А., Купряжкин А.Я., Иванов В.В. Масс-спектрометрическое исследование диффузии и растворимости гелия в цериево-гадолиниевой керамике. / Журн. техн. физики. 2009. №12. С.112-116.
   
3. A.Ya. Kupryazhkin , A.N. Zhiganov, D.V. Risovany, K.A. Nekrassov, V.D.
   Risovany and V.N. Golovanov . Simulation of diffusion of oxygen and uranium in uranium dioxide nanocrystals . J. of Nucl. Mater.2007. doi:10.1016/i.inucmat.2007.03.176.
   
4. Zhiganov A.N., Kupryazhkin A.Ya. Grain- Boundary Diffusion and Solybility of Helium In Submicrocristalline Palladium. Tech. Phys. Vol. 50. №8. 2005. pp.1026-1035.
   
5. Купряжкин А.Я и др. Диффузия кислорода в сверхстехиометрическом диоксиде урана. Вопросы атомной науки и техники. Серия «Материаловедение и новые материалы».Выпуск 1(66). 2006г. с.287.
   
6. Некрасов К.А., Купряжкин А.Я. и др. Потенциалы взаимодействия атомов инертных газов с двухзарядными катионами. Вопросы атомной науки и техники. Серия «Материаловедение и новые материалы».Выпуск 1(66). 2006г. с.105.
   
7. Купряжкин А.Я. и др. Моделирование включений ксенона в диоксиде урана. Вопросы атомной науки и техники. Серия «Материаловедение и новые материалы».Выпуск 1(66). 2006г. с.112.
   
8. Kupryazhkin A.Ya., et al. Multistep Helium Solubility Isoterms and Helium Flaw De­tection in Policrystalline Palladium with a Submicrocrystalline Structure. Rus. J. of Phys. Chem. Vol. 78, 2004, pp. 1246-1249.
   
9. Zhiganov A.N., Kupryazhkin A.Ya. Grain-Boundary diffusion and solubility of helium in submicrocristalline palladium. // Tech. Phys. Vol. 50, №8, 2005, pp. 1026-1035.
   
10. Kupryazhkin A.Ya., Zhiganov A.N., Risovany D.V., Risovany V.D., GolovanovV.N. Oxigen diffusion in uranium dioxide in the temperature range of phase transitions // Tech. Phys. Vol. 49, №2, 2004, pp. 254-257.
    
11. Жиганов А.Н., Купряжкин А.Я. Зернограничная диффузия и растворимость гелия в палладии с субмикрокристаллической структурой // Журнал технической физики. 2005. т.75.№5.с.63-69.
    
12. Купряжкин А.Я. и др. Моделирование структурного разупорядочения и диффузии ионов урана и кислорода в UO2 методами молекулярной динамики // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Материаловедение и новые материалы». 2004. вып. 1(62). с.374.
    
13. Купряжкин А.Я. и др. Моделирование дефектообразования в диоксиде урана методом статики решетки // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Материаловедение и новые материалы». 2004. вып. 1(62). с.366.
    
14. Купряжкин А.Я. и др. Многоступенчатые изотермы растворимости гелия и гелиевая дефектоскопия поликристаллического палладия с субмикрокристаллической структурой // Журн. Физ. Химии. 2004, т.78,№8, с. 1422.
    
15. Купряжкин А.Я., Жиганов А.Н., Рисованый Д.В., Рисованый В.Д., Голованов В.Н. Диффузия кислорода в диоксиде урана в области фазовых переходов // ЖТФ. 2004. т. 74. вып. 2. с. 114-117.
    

Физическая кинетика, тепло- и биофизика

Краткое описание.

Теоретические и экспериментальные исследования по разработке высокоточных с расширенным динамическим диапазоном систем измерения давлений, расходных характеристик и скоростей в газовых потоках при низких температурах вплоть до температуры жидкого азота, в том числе, в агрессивных газах и в условиях радиационного воздействия, а также по исследованию проблемы внутреннего и внешнего обтекания до– и сверхзвуковыми потоками тел с шероховатыми поверхностями.

Разработана модель активного транспорта через мембраны клеток живых организмов, впервые объясняющая статистико-термодинамические основы переноса ионов.

Выявлена новая фундаментальная закономерность течения неустойчивых процессов – принцип максимального производства энтропии, которая позволяет в сложных случаях находить характеристики стационарных режимов путем решения задачи на экстремум производства энтропии.

Ожидаемые результаты.

Применение теории управления к переносу отдельных атомов и молекул в живой клетке, теория транспорта веществ, в том числе, радиоактивных, в организме с целью создания электронной модели клетки и компьютерной модели органа.

Исследование механизмов воздействия неионизирующего излучения на биообъекты, избирательное воздействие на опухоли, сопоставимое с последствиями химиотерапии, но при минимальном повреждении здоровых тканей и систем.

Перечень ключевых опубликованных работ, в т.ч. в зарубежных изданиях:

1. Ukhov A. I., Porodnov B. T., Borisov S. F. Numerical simulations of gas-dynamic conductivity of micro channels with allowance for their surface structure / 0021-8944/09/5005-0747 _c 2009 Springer Science+Business Media, Inc. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2009. Vol. 50, No. 5, pp. 747–753.
   
2. Melkikh A.V., Seleznev V.D. Model of active transport of ions in archaea cells. Bulletin for Mathematical Biology. 2009. V. 71. N.2. 383-398.
   
3. Melkikh A.V. Cooperation and altruism in biosphere: new look at evolution. Journal of sustainability. Issue 1. No. 2. 2009. 3с.
   
4. Martyushev L.M., Chervontseva E.A. On the problem of the metastable region at morphological instability. Physics Letter. A 373 (2009). P. 4206-4213.
   
5. Мелких А.В., Повзнер А.А., Черепанова А.Н. Влияние доли полупроводниковых включений на свойства автоколебаний в системе металл-полупроводник. ЖТФ. 2009. Т. 79. вып. 11. С.144-146.
   

Системы обнаружения и распознавания физических объектов

Перечень ключевых опубликованных работ, в т.ч. в зарубежных изданиях:

1. Будаи Б.Т., Красовский А.Н. К вопросу повышения точности измерения координат; - Научно-технические ведомости СПбГПУ. Санкт-Петербург. 2008. № 6. С. 45-52.
   
2. Будаи Б.Т., Микутина И.В. Оценка эффективности применения многопарного зацепления в прецизионных поворотных платформах. Научно-технические ведомости СПбГПУ. Санкт-Петербург. 2008. № 6. С.190-194.
   
3. Будаи Б.Т., Рассохин В.А., Максин С.В., Породнов Б.Т. Способ обнаружения объекта // Патент РФ № 2324875, опубл. 17.11.2008.
   
4. Будаи Б.Т., Рассохин В.А., Максин С.В., Породнов Б.Т. Способ обнаружения объектов. Положительное решение на изобретение № 2006141890 от 24.11.2006.
   

Радиохимические технологии в обеспечении экологической безопасности и производстве изотопов для ядерной медицины


Краткое описание.

Экспертные оценки экологической обстановки, особенно на примере России и Уральского региона, показывают, что современное состояние окружающей человека среды требует вмешательства в перестройку устаревших технологий и реабилитацию устойчиво загрязненных биогеоценозов и объектов техносферы. В настоящее время актуальными являются задачи не просто очистки отдельных объектов окружающей среды или создания экологичных технологий, позволяющих снизить негативное воздействие промышленных предприятий на человека и окружающую среду, но и создание комплексного (системного) подхода к проблеме восстановления окружающей среды, включающей мониторинг объектов окружающей среды, выяснение источников загрязнения, и снижения их негативного воздействия путем создания экологичных технологий, очистки загрязненных объектов окружающей среды, их восстановления и реабилитации.

Одним из наиболее опасных факторов воздействия на человека и окружающую среду является радиационный, источником которого могут быть как природные, так и техногенные объекты. Особенно значимыми проблемы реабилитации являются в настоящее время, когда одной из важнейших задач является демонтаж и дезактивация выработавших ресурс объектов ядерного топливного цикла, рекультивация возвращаемых в хозяйственный оборот территорий, водоемов и других техногенно загрязненных подсистем биосферы. Наиболее опасными, с точки зрения воздействия на человека, являются объекты, включающие водные среды, которые обеспечивают большую скорость миграции радионуклидов, вторичное загрязнение обширных территорий и объектов органического и неорганического происхождения. Поэтому очистка водных сред позволяет предотвращать процессы вторичного загрязнения и может стать не только наиболее доступной, но и наиболее выгодной. Перспективными для очистки и реабилитации водных сред являются сорбционные технологии, позволяющие проводить селективное и групповое концентрирование с использованием широко круга сорбционных материалов, дающие возможность выбора оптимальных условий организации сорбционного процесса.

Для осуществления первичного мониторинга, аттестации источников питьевого водоснабжения, разработки и аттестации систем очистки природных и сточных вод от радионуклидов необходимы методики радиохимического анализа. Применяемые в настоящее время в службах санитарно-гигиенического надзора методы радиохимического анализа не удовлетворяют всему комплексу указанных требований.

Стадии концентрирования и очистки, как часть методик радиохимического анализа, и сорбционная очистка технологических растворов и природных вод с целью выделения целевого радионуклида или очистки от радионуклидов могут осуществляться с использованием одних и тех же сорбционных материалов, обладающих достаточно высоким коэффициентом распределения, дешевых и доступных. Таким образом, возможен общий подход к решению проблемы концентрирования в радиохимическом анализе и системах очистки от радионуклидов.

На кафедре радиохимии разработаны теоретические основы сорбции микрокомпонентов-радионуклидов неорганическими сорбентами с учетом их состояния в растворе и неоднородности твердой фазы, теоретические основы синтеза ТНС. На основе созданной научной базы разработано около 70 марок ТНС, характеризующихся разнообразным комплексом сорбционно-селективных свойств. С использованием ТНС разработаны методики экспрессного сорбционного селективного и коллективного концентрирования радионуклидов цезия, стронция, редкоземельных элементов, урана и плутония из водных сред с целью радиохимического анализа и обезвреживания этих растворов. Технологии синтеза ТНС и методики экспрессного радиохимического анализа защищены авторскими свидетельствами СССР.

Радиохимические технологии, основанные на сорбционном выделении радионуклидов находят своё применение не только при решении задач обеспечения экологической безопасности, но и в производстве изотопов для ядерной медицины. Сегодня ядерная медицина в России находится в зачаточном состоянии: в развитых странах лучевой терапии подвергаются более 70% пациентов, в России, по разным данным, — от 7 до 23%. Самым ходовым «товаром» для ядерной медицины является молибден-99, генерируеющий короткоживущий технеций-99m. С помощью технеция-99m в мире проводят до 30 млн. процедур в год, или 80% от общего объема всех диагностических процедур, использующих радионуклиды (по ряду оценок, оборот мирового рынка изотопов и фармпрепаратов превышает $3 млрд. в год).

Существующие технологии производства ⁹⁹Мо в основном предусматривают облучение нейтронами урановых мишеней в канале ядерного реактора с последующей процедурой растворения мишени, выделения и очистки ⁹⁹Мо от урана и продуктов деления в горячей камере. Кафедра радиохимии разработала не имеющую аналогов технологию селективного выделения молибдена-99 из облученных сернокислых растворов с применением неорганического сорбента. В соответствии с созданными технологической схемой и технологическим регламентом получены и аттестованы в 2001-2002 г.г. опытные партии Мо-99 на реакторе «Аргус» РНЦ “Курчатовский институт”с высокообогащенным ядерным топливом.

Таким образом, целью заявленного научно-исследовательского направления является разработка методов и технологий синтеза сорбентов; методов анализа и контроля радионуклидов в природных объектах и объектах техносферы; технологий обращения с жидкими радиоактивными отходами и очистки питьевой воды; технологий получения радиоактивных изотопов для научных и медицинских целей. Большое внимание уделяется моделированию состояния и физико-химического поведения микрокомпонентов в процессах межфазного распределения, а также изучению миграции радионуклидов в окружающей среде.

Ожидаемые результаты

Разработанные технологии сорбционного концентрирования позволят создать единый технологический подход к решению разнообразных задач сорбционной очистки с экологическими и технологическими целями: анализа экологических систем, аттестации вновь создаваемых и существующих систем очистки, создание сорбционных технологий очистки водных сред различного состава от радионуклидов и текущий контроль их эффективности. В результате проводимых в рамках заявленного научного направления исследований будут разработаны и изучены новые марки неорганических сорбентов, пригодных для дезактивации ЖРО и переработки ОЯТ. Будут разработаны методы радиохимичяекого анализа водных сред с применением новых марок сорбентов, освоены методы радиохимичекого анализа предлагаемые зарубежными организациями, в том числе фирмой “Triskem Int”, Франция с исследованием возможности их внедрения на территории РФ.

Предполагается внедрить в России промышленную наработку ⁹⁹Mo по малоотходной технологии в гомогенном реактор типа «АРГУС».

Совместно с ФГУП «ПО “Маяк”» предлагается внедрить сорбционную технологию выделения Мо-99 из облученных мишеней урана-235 с применением неорганических сорбентов марки “Термоксид”.

Данный проект позволит развить инновационный подход в образовании студентов и обеспечить Уральский регион радионуклидами для ядерной медицины, передовыми технологиями их производства и применения, а также современными технологиями обеспечения экологической безопасности.

Перечень ключевых опубликованных работ, в т.ч. в зарубежных изданиях

1. Бетенеков Н.Д, Губанова А.Н., Егоров Ю.В.Тонкопленочные неорганические сорбенты и перспективы их применения в радиохимии // Радиохимия. 1976. Т. 18, № 4, С. 622-629.
   
2. Воронина А.В., Бетенеков Н.Д., Пранчук С.В. Сорбция цезия и стронция из слабоактивных пресных вод// Радиохимия, 1995, Т.37, N 2, c. 182-186.
   
3. Бетенеков Н.Д., Егоров Ю.В. Тонкослойные неорганические сорбенты в радиохимическом анализе // Журнал аналитической химии, 1997, т.52, №11, С. 1126-1132.
   
4. Betenekov N.D., Denisov E.I., Nedobuch T.A., Korlychanova L.A. Thin-layer inorganic sorbents in the determination of alfa-radiators. IRPA Regional congress on Radiation protection in Central Europ. Budapest, 22-24 august, 1999. P.65.
   
5. Поляков Е.В., Егоров Ю.В. Определение форм состояния микрокомпонентов в водных растворах. II. Методы теоретического моделирования //Аналитика и контроль, № 1, т. 6, 2002. С. 3-12.
   
6. Бетенеков Н.Д., Воронина А.В., Кутергин А.С., Недобух Т.А., Гилева Ю.Е. Разработка технологий изготовления сорбентов и фильтров на их основе для радиохимического анализа и очистки питьевых, а также сточных вод от радионуклидов //Записки Санкт-Петербургского горного института. СПб, 2001. Т. 149. С. 16-18.
   
7. Н.Д. Бетенеков, А.В. Воронина, Е.И. Денисов, А.С. Кутергин, И.Н. Кутергина. Сорбенты и фильтры на их основе для радиохимического анализа и очистки питьевых и сточных вод от радионуклидов //Записки Санкт-Петербургского горного института. СПб, 2003. Т. 154. С. 9-11.
   
8. А.В. Воронина, Е.В. Ноговицына, Н.Д. Бетенеков. Исследование механизма сорбции цезия смешанными ферроцианидами на основе сорбентов марки «Термоксид» //Вестник УГТУ-УПИ №15(67). Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. 2005. С.154-160.
   
9. А.В. Воронина, Е.В. Ноговицына, Н.Д. Бетенеков. Оценка статических характеристик ферроцианидов на основе гидратированного диоксида титана марки “Термоксид -5” /Сорбционные и хроматографические процессы. 2006. Т. 6. Вып. 6, Ч.1. С. 960-964.
   
10. А.В. Воронина, Е.В. Ноговицына, Н.Д. Бетенеков, А.Е. Самбуров, Т.А. Недобух. Влияние солевой формы гидроксида титана на сорбционные свойства по отношению к радионуклидам цезия /Сорбционные и хроматографические процессы. 2006. Т. 6. Вып. 6, Ч.3. С. 1119-1124.
    
11. Н.Д. Бетенеков, Е.И. Денисов, Л.М. Шарыгин и др. Разработка технологии выделения радионуклида молибден-99 на основе неорганического сорбента «Термоксид-5» //Вопросы радиационной безопасности.-2008. №2. с.16-25.
    
12. S.I. Rovni, M.V. Logunov, J. A Voroshilov, N.D. Betenekov, E.I. Denisov, L.M. Sharygin, K.V. Bugrov and V.B. Nikipelov. Development of the Technique of Molybdenum-99 Concentrate Extraction from Irradiated Nuclear Fuel based on Granulated Titanium Hydroxide /SCI Conference: IEX 2008 Recent Advances in Ion Exchange Theory and Practice. U. K. London: Society of Chemical Industry. 2008. P. 223-228.
    
13. .V. Voronina, N.D. Betenekov, E.V. Nogovitsyna, V.S. Semenistchev. Сharacteristic Features of Statics and Kinetics of Caesium Sorption with Nickel-Potassium Ferrocyanides based on Hydrated Titanium and Zirconium Dioxides /SCI Conference: IEX 2008 Recent Advances in Ion Exchange Theory and Practice. U. K. London: Society of Chemical Industry. 2008. P. 215-221.
    
14. Voronina A.V., Semenistchev V.S., Betenekov N.D., Berezin M.A., Yakhina E.S. The sorbent for combined extraction of caesium and strontium from high-salted liquid radioactive wastes /VIII Finnish-Russian Symposium on Radiochemistry 4-5 September 2009. Finland, Turku : University of Turcu and Abo Academi University. 2009. P. 41-42.
    
15. Betenekov N.D., Nedobuh T.A., Vitkalov M.N. The analysis of isotopic composition of uranium and thorium in natural water /VIII Finnish-Russian Symposium on Radiochemistry 4-5 September 2009. Finland, Turku : University of Turcu and Abo Academi University. 2009. P. 72-73.
    
16. Кутергин А.С., Никифоров А.Ф., Воронина А.В., Недобух Т.А. Сорбционная очистка радиоактивно загрязнённых вод фильтрующими материалами на основе гранулированного глауконита // Водное хозяйство России. 2010. № 3. С. 75-84.
    
17. Воронина А.В., Семенищев В.С., Бетенеков Н.Д. Исследование химической и термической устойчивости матрицы на основе гидроксида титана для совместной иммобилизации цезия и стронция // Вопросы радиационной безопасности. 2010. № 3. С. 54-61.
    

Авторские свидетельства

Методы синтеза сорбентов и способы анализа вод защищены более 30 авторскими свидетельствами и патентами. Основные из них:

1. А.с.444388(СССР). Способ получения сорбента / Г.А.Китаев, Н.Д. Бетенеков, Ю.В. Егоров и др.-Заявл.08.09.72 N 1827115/23-26; не подл. опубл. в открытой печати.

2 А.с. 446141 (СССР). Способ получения сорбента /Н.Д.Бетенеков, Ю.В. Егоров, Г.А.Китаев и др. Заявл.08.09.72 N 1827128/23-26; не подлежит опубл.в открытой печати.

3. А.с.457248(СССР). Способ получения сорбента /Н.Д.Бетенеков, Ю.В. Егоров, Г.А.Китаев и др....-Заявл.11.09.72 N1828200/23-26; не подлежит опубликованию в откр. печати.

4. А.с.483897 (СССР). Способ химического осаждения оксидных пленок переходных металлов /Н.Д.Бетенеков, Ю.В.Егоров, Г.А.Китаев и др.... Заявл.07.03.72 N 1757278/22-1; не подлежит опубл. в открытой печати.

5. А.с. 526379(СССР). Способ получения тонкослойного сорбента /Н.Д. Бетенеков, Ю.В. Егоров, В.И.Попов и др. - Опубл. в БИ.,1976, N 32, с.22.

6. А.с. 629671 (СССР). Способ получения сорбента /В.И.Попов, Ю.В.Егоров, В.Д. Пузако, Н.Д.Бетенеков.-Заявл.03.09.75 N 2172401/23-26; не подлежит опубл. в открытой печати.

7. А.с.830692(СССР). Способ получения тонкослойного сорбента/ Н.Д. Бетенеков, В.Г.Иванов, Г.А.Китаев, Е.Г. Печерских.- Заявл. 07.12.79 N 2883770/ ; не подлежит опубл. в открытой печати.

8. А.с.993508 (СССР). Способ получения тонкослойных неорганических сорбентов/ Н.Д.Бетенеков, В.А.Василевский, Ю.В. Егоров и др.- Заявл. 23.06.81 N 3310127/23-26; не подлежит опубликованию в открытой печати.

Патенты

1. Патент США № 6337055. Неорганический сорбент для экстракции молибдена-99 из облученных растворов урана и метод его использования, 8 января 2002 /Н.Д. Бетенеков, Е.И. Денисов, Т.А.Недобух, Л.М.Шарыгин.
   
2. Патент № 2288516 (Российская Федерация). Способ получения концентрата радионуклида Мо-99, 27 ноября 2006 /Н.Д. Бетенеков, Е.И. Денисов, Л.М. Шарыгин и др.
   
3. United States Patent № 7101484, 05.09.06. Sr-90/Y-90 radionuclide generator for production of high-guality Y-90 solution /N.D. Betenekov, L.M. Sharygin, Roy W. Brovn.
   
4. Патент № 2348453 (Российская Федерация). Способ получения гранулированного глауконита, 10.03.2009.
   

Спектрометрия атомов и ионов для целей элементного и изотопного анализа


Перечень ключевых опубликованных работ, в т.ч. в зарубежных изданиях

1. Пупышев А.А. Атомно-абсорбционный спектральный анализ. М.: Техносфера, 2009. 784 с.
   
2. Змитревич А.Г., Пупышев А.А. Атомно-эмиссионный спектральный анализ ферросплавов. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009. 270 с.
   
3. Пупышев А.А., Сурикров В.Т. Масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой. Образование ионов. Екатеринбург: УрО РАН, 2006. 276 с.
   
4. Пупышев А.А., Сермягин Б.А. Дискриминация ионов по массе при изотопном анализе методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2006. 132 с.