Александр ФертманДиректор по науке Кластера ядерных технологий

Применение радиационных технологий в индустрии

РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРИОРИТЕТНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ ДЛЯКЛАСТЕР ЯДЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ФОНДА СКОЛКОВО

2

Эффекты

2

Изменение свойств материалов Разрушение связей Изучение структур

Ускорители Лазеры МагнитыПлазма Изотопы

Рынки

2

Медицина (диагностика

и терапия)

Безопасногсть(системы

инспекции)

Продукты питания (обработка,

дезинфеция)

Промышленность(шины, кабели,

микроэлектроника)

Энергия(переработка

выбросов, обработка нефти)

Наука(LHC, FAIR,

XFEL)

Ист

очни

ки р

адиа

ции

и по

ля

MARKET PRIORITIES FOR IMPLEMENTATION OF NUCLEAR AND RADIATION TECHNOLOGIES

3

• Nuclear industry

• Medicine and biotechnologies

• Microelectronics

• Manufacturing and processing industries

• Security and safety

• Food and water markets

• Ecological sustainability

• Scientific market

КЛАСТЕР ЯТ СКОЛКОВО И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПЛАТФОРМА «РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ»

4

Управление излучением и электромагнит-ными полями

Изотопы Ускорители

Лазеры

ПлазмаМагнитные поля

Медицина

Безопасность

МикроэлектроникаИндустриальное облучение и НК

Пища и вода

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» )

В состав технологической платформы входят более 80 организаций (НИИ, университеты, бизнес и др.)

Обо

рудо

вани

е технологии

и

Рынки

СТРАТЕГИЯ ПРИВЛЕЧЕНИЯ УЧАСТНИКОВ И СТРАТЕГИЧЕСКАЯ ПРОГРАММА ИССЛЕДОВАНИЙ

5

СПИ – 1.0

ЗАДАЧА: формирование

критической массы проектов,

выделенных в качестве

приоритетных в рамках

технологической платформы на основе качественного анализа

2011 2013 2015 2017

СПИ – 2.0

ЗАДАЧИ: Повышение качества портфеля проектов ТП РТ за счет формирования требований к

проектам со стороны глобальных технологических лидеров

Формирование новой повестки – специализации России в кооперации с глобальными центрами компетенций

11

2

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 200-400 Вт/г за 5-15 с (во вращающихся печах на это уходит более часа).

• Основы РТ-технологии цемента разработаны в 1970-80-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

Serving Basic Human Needs 13

ISOTOPE HYDROLOGY FOR WATER MANAGEMENT

• Mapping underground water streams

• Improved water management

• Investigating contamination

UNIQUE TECHNIQUE TO STUDY WATER DYNAMICS

АТМОСФЕРНАЯ ПЛАЗМА ДЛЯ ПОТОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ТЕКСТИЛЯ И ВОЛОКНА

14

15

Pilot plants for turning toxic SO2 and NO2 from fossil fuel burning into fertilizerMianyang, Sichuan; Poland

Potentially Big Business:Electron Beam Flue Gas Cleaning

Improvements needed:• Efficiency and robustness of accelerator• Stable but thin windows for beam

Heavy metal contamination of fertilizer?

Создание комплексных систем

Внедрение «удешевляющих инноваций»

Снижение стоимости сопутствующих технологий

Компактизация оборудования

Технологизация новых

применений РТ

Микроэлектроника

Строительство Переработка-

отходов Пищевая отрасль Экология Энергетика

(радиационная конверсия)

Обеспечение 100% доставки дозы в

мишень

0

Совершенствование технологий управления излучением

Совершенствование технологий регистрации излучения

Совершенствование технологий «определения мишени»

РЕЗУЛЬТАТЫ ФОРСАЙТА: КЛЮЧЕВЫЕ ТРЕНДЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ПОВЕСТКУ РАЗВИТИЯ РАДИАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Кратное снижение стоимости

оборудования

16

Технологический синтез для решения глобальных проблем

• С биотехнологиями: новые средства доставки маркеров и лекарств; радиационная конверсия биомассы

• С роботехникой: роботизированные радиохирургические системы

• С индустрией новых материалов: использование РТ в 3D-печати;

• С IT : биоимиджинг, квантовые

компьютеры• C нанотехнологиями –

выращивание наноструктур по темплэйтам трековых мембран для спинтроники

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