Обработка и дозиметрия


Атомная отрасль считается одной из самых консервативных в мире, но гигантов с почти вековой историей начинают теснить относительно молодые компании, которые стремительно выросли на технологических инновациях. Одна из них — TerraPower, основным инвестором которой считается Билл Гейтс. Напомним, именно он помог превратить сложные вычислительные машины в обычные настольные компьютеры. Может, и в области мирного атома нас ждет нечто подобное? Очередная разработка TerraPower — в обзоре самых интересных патентов, зарегистрированных в I квартале этого года.


Иллюстрация: Shutterstock
Соль земли
Название: ядерный реактор на расплавах солей (2644393).

Автор и патентообладатель: Айан Ричард Скотт (Великобритания).
Сфера применения: ядерные реакторы.

Краткое описание: активная зона реактора содержит решетку пустотелых каналов, погруженную в жидкий теплоноситель и наполненную расплавом солей делящихся изотопов. Решетка каналов содержит критическую область, где плотность делящихся изотопов во время работы реактора достаточна для того, чтобы вызвать самоподдерживающуюся реакцию деления.

Передача тепла может обеспечиваться за счет естественной конвекции в расплаве, механического перемешивания и генерации потока внутри каналов. Расплавы солей делящихся изотопов полностью удерживаются в каналах во время работы реактора. Такая конструкция активной зоны позволяет улучшить теплообмен.
Короли под горой
Название: схема строительства объединенной группы выработок подземных атомных электростанций в направлении вглубь горы (2649193).

Патентообладатель: Changjiang Survey Planning & Research Co., Ltd (Китай).
Авторы: Цигуй Ян, Синьцян Ню, Лицзюнь Су, Байсин Лю, Лисинь Лю, Синь Чжао, Сюэхун Ян, Фэн Ли, Ся Хуа, Сюэсянь Чжу, Сяньлон Хан, Сяо Пань, Хайбо Лю (Китай).
Сфера применения: подземные атомные электростанции.

Краткое описание: на схеме обозначены выработки для рабочего блока ядерного реактора, электрооборудования, системы сброса давления, транспортных стволов, сообщающихся с земной поверхностью. Предлагаемый вариант имеет высокую безопасность, обеспечивает экономию инвестиций, высокую степень модульности и может широко применяться в области строительства объектов атомной энергетики.
Ядерный антихакер
Название: устройство и способ обнаружения несанкционированных манипуляций системным состоянием блока управления и регулирования ядерной установки (2647684).

Патентообладатель: AREFA GmbH (Германия).
Автор: Зигфрид Хальбиг (Германия).
Сфера применения: системы ­безопасности.

Краткое описание: авторы изобретения стремились повысить надежность контроля работы ядерной установки в соответствии с заданной программой. Для этого обеспечивается возможность обнаруживать несанкционированные манипуляции. Модуль мониторинга контролирует рабочее состояние, расширение аппаратных средств, программу блока управления и регулирования. В случае регистрации изменений формируется сообщение.

Вероятнее всего, разработка стала ответом на обнаружение на германских предприятиях вариации вируса Stuxnet, который использовался для противодействия развитию иранской ядерной программы. В 2011 году сообщалось, что вирусом были заражены системы немецких фирм — поставщиков электричества, газа и воды.
Подогреть и испарить
Название: способ спектроскопии возбуждения лазерным пробоем в воздухе (2647985).

Патентообладатель: Laser Distance Spectrometry Ltd (Израиль).
Авторы: Михаил Гафт, Лев Нагли (Израиль).
Сфера применения: спектроскопия.

Краткое описание: обнаружение элемента в образце осуществляется с помощью системы спектроскопии возбуждения лазерным пробоем (LIBS). Прибор содержит два лазера, спектрометр и детектор. Предложенный способ включает доставку первого импульса от первого лазера на поверхность образца, затем доставку второго импульса от второго лазера на поверхность образца и обнаружение эмиссий молекулы, содержащей упомянутый элемент. Его обнаружение начинается с некоторой задержкой после второго импульса. Время задержки выбирается так, чтобы улучшить качество детекции.
Возбуждать и фильтровать
Название: способ очистки жидких радиоактивных отходов и устройство для его осуществления (2641656).

Патентообладатель: МГТУ им. Н. Э. Баумана.
Авторы: Владимир Архипов, Александр Камруков, Кирилл Малков, Дмитрий Новиков, Михаил Яловик.
Сфера применения: обращение с радиоактивными отходами.

Краткое описание: предложенный способ предусматривает предварительную фильтрацию, озонирование, дозированное введение перекиси водорода, обработку импульсным ультрафиолетовым излучением сплошного спектра, микрофильтрацию с отделением шлама, содержащего радиоактивный кобальт, железо, марганец, и сорбцию для удаления радиоактивного цезия.

Очистка затруднена тем, что отдельные радиоактивные элементы, такие как 60Сo, находятся, как правило, не в ионной форме, которая хорошо утилизируется ионообменными смолами, а в виде металлоорганических комплексов, которые не улавливаются традиционными фильтрующими материалами.

Содержащиеся в них радиоактивные элементы не выпадают в осадок при ионоселективном осаждении, поэтому проводится дополнительная обработка импульсами ультрафиолетового излучения и магнитного поля. Группа изобретений позволяет повысить степень очистки отходов.
Алмазный блокчейн
Название: метод маркировки и аутентификации алмазов и драгоценных камней (PCT/IL2017/050961).

Патентообладатель: Soreq nuclear research center, Security matters Ltd (Израиль).
Авторы: Яир Гроф, Земах Кислев, Надав Йоран, Хаггай Алон, Мор Каплински (Израиль).
Сферы применения: ювелирное дело, рентгенофлюоресцентный анализ.

Краткое описание: в основе представленного метода — уникальные характеристики вторичного излучения, появляющегося при облучении камней. Авторский подход позволяет регистрировать как необработанные, так и полированные, ограненные экземпляры.

Уникальную метку можно установить на любую поверхность камня. Считывание метки производится в процессе рентгенофлюоресцентного анализа. Этот патент прошел международную регистрацию в рамках Договора о патентной кооперации (PCT), но российскую национальную фазу проверки ему еще только предстоит пройти.
Ядерный эндоскоп
Название: конфигурация плавающего промежуточного электрода для устройств скважинного генератора ядерных излучений (2642835).

Патентообладатель: Schlumberger Technology B. V. (Нидерланды).
Авторы: Яни Рейонен, Джоэл Л. Гроувз (Нидерланды).
Сфера применения: ядерный каротаж.

Краткое описание: генератор ядерного излучения для функционирования в скважинах содержит источник заряженных частиц, материал мишени и ускорительную колонну между ними. Ускорительная колонна содержит промежуточный электрод, который остается колеблющимся относительно переменного потенциала, будучи электрически изолированным от остальной части ускорительной колонны, при этом другие электроды из множества электрически соединены с источником энергии. Авторы изобретения приняли меры к тому, чтобы предотвратить осаждение материала электродов на керамических изоляторах. Технический результат — повышение надежности работы генератора.
Атомная химчистка
Название: способ удаления металлического покрытия с поверхности деталей из радиоактивных металлов и сплавов (2640398).

Патентообладатели: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ», госкорпорация «Росатом».
Авторы: Виктор Горновой, Андрей Зотиков, Владимир Матвиенко.
Сфера применения: обращение с радиоактивными отходами.

Краткое описание: перед утилизацией деталей из сплавов радиоактивных металлов их нагревают, а затем проводят механическую обработку. Нагрев выполняют в вакуумной камере импульсными токами высокой частоты до образования интерметаллидных соединений; обработку проводят сверхзвуковым потоком инертного газа с контролем полноты удаления покрытия. Дополнительную обработку проводят сверхзвуковым потоком инертного газа, содержащим порошок корунда. Изобретение позволяет создать универсальный «сухой» способ удаления металлических покрытий.
Ядерный генератор
Название: модульный транспортируемый ядерный генератор (2648681).

Патентообладатель: Logos Technologies, LLC (США).
Авторы: Клаудио Филиппоун, Франческо Веннери (США).
Сфера применения: транспортируемые ядерные реакторы.

Краткое описание: упрочненный, быстро размещаемый и свертываемый ядерный генератор содержит оборудование для преобразования и производства электроэнергии, которое полностью встроено в единый корпус, вмещающий активную зону генератора. Авторы стремились обеспечить возможность работы генератора с устойчивой к плавлению проводящей керамической активной зоной, которая делает возможным отвод остаточного тепла даже при полной потере теплоносителя.
Флейта теплообменных труб
Название: теплообменный аппарат (176496).

Патентообладатель: ФГБОУ ВО СПбГМТУ.
Авторы: Вячеслав Кожемякин, Дмитрий Шаманов, Анастасия Аполлова, Дмитрий Зязин.
Сфера применения: теплообменные аппараты.

Краткое описание: изобретение может найти применение в системах расхолаживания ядерных реакторов без использования внешних источников энергии. Технический результат предлагаемой модели — уменьшение массы и габаритов теплообменного аппарата за счет оптимизации его конструкции и уменьшения гидравлического сопротивления по охлаждающей среде. Это достигается за счет горизонтальной ориентации аппарата. Все пучки труб, объединенные в идентичные секции, расположены в одном объеме аппарата.

Конструкция обеспечивает более плотную упаковку, коэффициент теплопередачи существенно увеличен за счет поперечного обтекания труб охлаждающей средой вследствие естественной циркуляции по забортной воде. Возможность переустановки промежуточных коллекторных камер в зависимости от температурных характеристик охлаждаемой среды делает аппарат универсальным.
Рентген без батарейки
Название: генератор рентгеновского излучения при деформации пьезоэлектрика в вакууме (176453).

Патентообладатель: НИУ «БелГУ»
Авторы: Андрей Олейник, Александр Кубанкин, Александр Щагин, Анна Каплий, Олег Иващук.
Сфера применения: рентгеновская техника.

Краткое описание: модель может быть использована для генерации рентгеновского излучения, применяемого в рентгенографии и рентгеноскопии, рентгенотерапии, дефектоскопии, рентгеноструктурном и рентгенофлуоресцентном анализах. Также предлагаемое устройство может использоваться для калибровки различных рентгеновских приборов. Независимость устройства от электрических источников питания делает его удобным для применения в полевых и экстремальных условиях.
Порошок под присмотром
Название: устройство экспресс-контроля обогащения урана в порошках (2645307).

Патентообладатель: ПАО «Машиностроительный завод».
Авторы: Алексей Морданов, Антон Тальянцев, Геннадий Фадеев, Виктор Черевик, Леонид Шевченко.
Сфера применения: производство ядерного топлива.

Краткое описание: устройство содержит емкость, расположенную над сцинтилляционным детектором гамма-излучения, соединенным с блоком управления и обработки результатов измерения. Блок защиты от фона выполнен в виде цилиндра из свинца и размещен в стальном каркасе с возможностью сквозного вывода кабелей к блоку управления и обработки результатов измерения. Последний выполнен в виде компьютера с процессором импульсных сигналов.

Изобретение позволяет обеспечить быструю (от единиц до одного-двух десятков минут) методику контроля обогащения 235U в порошках оксидов урана при произвольной степени нарушения радиационного равновесия, основанную на использовании легко адаптируемого к условиям производства сцинтилляционного детектора.
Сжечь по-пожарному
Название: способ переработки беспламенным горением отходов реакторного графита (2644589).

Патентообладатели: ФГБОУ ВО Уральский ГАУ, ФГБОУ «Уральский институт государственной противопожарной службы».
Авторы: Николай Барбин, Михаил Дальков, Марат Шавалеев.
Сфера применения: экология, охрана окружающей среды.

Краткое описание: беспламенное горение происходит в расплаве карбонатов щелочных металлов в присутствии окислителя, в качестве которого используется двухвалентный оксид меди. Дальнейшую переработку осуществляют при температуре от 800 до 1000 °C.

Образующуюся при обработке отходов графита восстановленную нанодисперсную медь используют для получения оксида меди путем ее окисления кислородом воздуха. Полученный оксид меди применяется в процессе переработки графита. Изобретение позволяет упростить управление процессом и исключить возможность выноса радиоактивных веществ.
Газовый наждак
Название: способ обработки пучком нейтральных частиц, основанный на технологии обработки пучком газовых кластерных ионов, и полученные таким образом изделия (2648961).

Патентообладатель: Exogenesis Corporation (США).
Авторы: Шон Р. Киркпатрик, Аллен Р. Киркпатрик, Майкл Дж. Уолш (США).
Сфера применения: методы обработки поверхностей.

Краткое описание: изобретение предназначено для обработки поверхностей оптических элементов и пленок, формирования поверхностных барьерных покрытий на гигроскопичном кристаллическом материале. В камере с пониженным давлением формируют и ускоряют пучок газовых кластерных ионов. После этого заряженные частицы из пучка удаляют. Обработку поверхностей производят получившимся нейтральным пучком. Таким образом создаются легированные пленки, в поверхности полупроводниковых или иных материалов вводятся примесные атомные частицы.
Закалить полупроводник
Название: способ получения кремния с изотопическим составом 28Si, 30Si (2646411).

Патентообладатель: ФГАОУ ВО «НИУ МИЭТ».
Авторы: Николай Герасименко, Ольга Запорожан, Юрий Кузнецов.
Сфера применения: легирование полупроводниковых материалов.

Краткое описание: предложенная технология трансмутационного легирования полупроводниковых материалов позволяет получить кристаллы кремния с определенным изотопическим составом. Это необходимо для создания квантовых битов информации. Монокристалл кремния облучается тепловыми нейтронами. После облучения он будет состоять только из изотопов 28Si, 30Si и ³¹Р.

Использование такого кремния позволит увеличить время релаксации спинов атомов фосфора с нескольких миллисекунд до нескольких часов при температуре 4К или до 40 минут при комнатной температуре. Этого времени более чем достаточно, чтобы использовать подобные квантовые биты для вычислений, при этом открывается возможность их применения в лабораториях, не оборудованных охлаждающими установками.
Сейф для «отработки»
Название: контейнер для ТУК с чехлом из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (2642449).

Патентообладатель: ФГБОУ ВО «ПГУ».
Авторы: Александр Капилевич, Илья Шегельман, Вадим Тряпичкин, Дмитрий Богданов, Алексей Васильев.
Сфера применения: транспортировка радиоактивных отходов и отработавшего ядерного топлива.

Краткое описание: чехол и корпус контейнера изготовлены из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Трубы в чехле, оформляющие каналы для размещения тепловыделяющих сборок, и чехол в корпусе зафиксированы за счет усадки расплава, происходящей при изготовлении отливки чехла и корпуса соответственно. Верхний торец чехла, его опорное и глухое днища защищены покрытием, стойким к воздействию дезактивационных растворов. Чехол несъемный, предусмотрена возможность его дезактивации. Изобретение позволяет повысить технологичность изготовления контейнера, обеспечить хороший теплоотвод от чехла к корпусу, снизить его себестоимость.
Экогадание по ромашкам
Название: способ биогеохимической фитоиндикации статуса территорий (2643590).

Патентообладатель: ФГБУН ГЕОХИ РАН.
Авторы: Вадим Ермаков, Сергей Тютиков, Ульяна Гуляева, Людмила Проскурякова, Александр Дегтярев, Елена Кречетова.
Сфера применения: экология.

Краткое описание: Изобретение предназначено для выявления неблагоприятных участков различных по площади территорий. Для этого отбирают пробы растений-биоиндикаторов, высушивают их до постоянного веса и определяют содержание Sr и Са методом атомно-адсорбционной спектрометрии.

По результатам делается вывод об экологическом статусе территории. Изобретение обеспечивает экспресс-оценку новых районов и получение данных об общем состоянии окружающей среды — как относительно крупного, порядка 10 000‒50000 га и более, так и локального, от 100 га, региона.
Солнечный дозиметр
Название: дозиметр ультрафиолетового излучения (2641509).

Патентообладатель: университет ИТМО.
Авторы: Николай Никоноров, Александр Сидоров.
Сфера применения: оптические измерения.

Краткое описание: изобретение включает оптический фильтр, пропускающий ультрафиолетовое излучение, преобразователь ультрафиолетового излучения в видимое и фотодетектор. Оптический фильтр прозрачен в спектральном интервале 320‒400 нм. Технический результат заключается в повышении чувствительности устройства и обеспечении возможности проведения измерений в спектральном диапазоне 230‒290 нм.

Изобретение может быть использовано для контроля предельно допустимой дозы УФ- и солнечного облучения, приводящей к повреждению кожи человека. Излучение в области УФ-спектра (230‒290 нм) наиболее вредоносно: большая доза может привести к мутациям и возникновению рака кожи. Максимум поглощения излучения компонентами ДНК и белками находится именно в этой области спектра.
Кривые потребления
Название: способ рентгеновского абсорбционного анализа вещества (2645128).

Патентообладатель: ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет».
Авторы: Дмитрий Муслимов, Александр Лелюхин.
Сфера применения: рентгеновский абсорбционный анализ.

Краткое описание: суть изобретения заключается в том, что сначала проводят облучение укрывающей среды проникающим рентгеновским излучением, затем измеряют интенсивности ослабленного излучения в областях фона и объекта путем регистрации абсорбционных кривых, по форме которых восстанавливают спектральные распределения излучения в областях фона и объекта.

По отношению интенсивностей в спектрах рассчитывают весовые доли химических элементов в анализируемом объекте. В результате обеспечивается возможность определения элементного состава однородных включений в укрывающих средах.
Плащ для стелс-пехоты
Название: нетканый многослойный материал для поглощения электромагнитного излучения в СВЧ-диапазоне (2647380).

Патентообладатель: Фонд перспективных исследований.
Авторы: Алексей Сердобинцев, Андрей Стародубов, Антон Павлов, Юрий Сальковский, Николай Гусев, Ирина Кириллова.
Сфера применения: защита от электромагнитного излучения.

Краткое описание: изобретение предназначено для поглощения электромагнитного излучения сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона, причем его структура и свойства отвечают требованиям к элементам носимой одежды для маскировки человека в СВЧ-диапазоне. В структуру диэлектрических волокон нетканого материала встроены углеродсодержащие элементы размерами от 50 до 100 нм.

Это обеспечивает возможность маскировки человека в СВЧ-диапазоне. Технический результат заключается в уменьшении величины поверхностной плотности без снижения коэффициента ослабления.
Борьба с нежелательной миграцией
Название: ядерный тепловыделяющий элемент (2646443).

Патентообладатель: TerraPower, LLC (США).
Авторы: Гари Повирк, Джеймс М. Воллмер, Райан Н. Лэтта, Грант Хелмрейк, Филип М. Склосс (США).
Сфера применения: ядерное топливо, тепловыделяющие элементы.

Краткое описание: авторы стремились создать конструкцию, в которой межатомная диффузия между ядерным топливом и конструктивными элементами была бы максимально ослаблена. Для этого они предложили покрыть топливо внутри оболочки прокладками из веществ с возможностью ослабления такой диффузии, в том числе и при высоком выгорании. Описываются различные способы реализации изобретения, цель которого — повышение сохранности оболочек твэлов в процессе эксплуатации.
Живые дозиметры
Название: материал датчика для эпр-дозиметрии ионизирующих излучений (2646549).

Патентообладатели: госкорпорация «Росатом», ФГАОУ ВО «УРФУ им. Б. Н. Ельцина».
Авторы: Дамир Байтимиров, Денис Иванов, Сергей Конев, Владимир Мазуренко, Александр Конев.
Сфера применения: биосовместимые датчики ионизирующих излучений.

Краткое описание: датчик предполагается использовать в дозиметрах накопленной дозы ионизирующих излучений. Материал на основе зубной эмали животного отличается тем, что содержит пробу эмали зуба свиньи и дополнительно — связующее и парамагнитное вещества.

Авторы добились увеличения чувствительности материала к ионизирующему излучению. При экологических исследованиях радиоактивно загрязненных территорий обеспечивается возможность исследований in-vivo, когда дозиметр внедряется в организм и накапливает дозу, которую животное получает, обитая в естественных условиях.

Материал подготовил Юрий Сидоров




ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ НОМЕРА