Талант и кругозор
ПАТЕНТЫ / #3_2020
Материал подготовил Юрий СИДОРОВ
Зачем делают ненужные открытия? Почему они обходятся так дорого? Разве нельзя было сразу найти оптимальный подход? Если вы не можете ответить на эти вопросы, получать финансирование на исследования будет трудно. Сложно сказать заранее, где именно нас ждет прорыв, что выйдет на рынок, а что уйдет в архив. Иногда даже сравнить готовые решения бывает непросто. Со стороны кажется, что талантливые ученые и инженеры день за днем совершают открытия. Для них самих это одновременно похоже и на игру в рулетку, и на поиск золотых самородков: каждая догадка, предположение тянет за собой вереницу кропотливых исследований. Стóит время от времени сделать паузу и взглянуть, что происходит у соседей: может, они что-то пропустили, а может, и наоборот.
Внутренние резервы
Название: стержневой модуль и метод производства радиоизотопов (WO2020025115).
Авторы: Томас Рихтер, Себастьян Вагнер (Германия).
Патентообладатель: Framatome (Германия).
Сфера применения: производство радиоизотопов.
Авторы описывают систему наработки изотопов, использующую каналы измерительных стержней для доставки мишеней в активную зону реактора. Наибольшая эффективность процесса достигается в области с максимальной плотностью нейтронного потока, поэтому глубина вставки облучательного и измерительного стержней может отличаться. В модуле может быть больше одного измерительного стержня, для того чтобы наработка изотопов не ухудшала качество мониторинга активной зоны. Предусмотрена возможность установки мишеней без остановки работы реактора. Поверхность облучательных стержней может быть покрыта материалом, увеличивающим нейтронный поток. Ожидается, что разработка найдет применение в европейском реакторе с водой под давлением.
Авторы: Томас Рихтер, Себастьян Вагнер (Германия).
Патентообладатель: Framatome (Германия).
Сфера применения: производство радиоизотопов.
Авторы описывают систему наработки изотопов, использующую каналы измерительных стержней для доставки мишеней в активную зону реактора. Наибольшая эффективность процесса достигается в области с максимальной плотностью нейтронного потока, поэтому глубина вставки облучательного и измерительного стержней может отличаться. В модуле может быть больше одного измерительного стержня, для того чтобы наработка изотопов не ухудшала качество мониторинга активной зоны. Предусмотрена возможность установки мишеней без остановки работы реактора. Поверхность облучательных стержней может быть покрыта материалом, увеличивающим нейтронный поток. Ожидается, что разработка найдет применение в европейском реакторе с водой под давлением.
Пьезозеркало
Название: зеркало для микролитографической проекционной системы экспонирования и способ эксплуатации деформируемого зеркала (WO2020020550).
Авторы: Йоханнес Липперт, Торалф Грюнер, Керстин Хильд, Филипп Люк (Германия); Мохаммадреза Нематоллахи (Нидерланды).
Патентообладатели: Carl Zeiss, Йоханнес Липперт, Торалф Грюнер, Керстин Хильд, Филипп Люк (Германия), Мохаммадреза Нематоллахи (Нидерланды).
Сфера применения: нанотехнологии, микролитография.
Требуемые деформации зеркала обеспечиваются работой пьезоэлементов. Одна из технических проблем заключается в том, что циклическое приложение напряжений приводит к разным значениям деформации отражающей поверхности. Авторы предложили формировать управляющий слой из отдельных пьезоэлементов малого диаметра. Указываются оптимальное соотношение между диаметром и высотой столбцов и предпочтительное расстояние между ними. Это позволяет избежать ненужного механического напряжения и исключить эффект гистерезиса. Конструкция обеспечивает реализацию достаточно больших прогибов с высокой точностью установки. Микролитография используется для производства микроструктурированных компонентов, таких как интегральные схемы или ЖК‑дисплеи.
Авторы: Йоханнес Липперт, Торалф Грюнер, Керстин Хильд, Филипп Люк (Германия); Мохаммадреза Нематоллахи (Нидерланды).
Патентообладатели: Carl Zeiss, Йоханнес Липперт, Торалф Грюнер, Керстин Хильд, Филипп Люк (Германия), Мохаммадреза Нематоллахи (Нидерланды).
Сфера применения: нанотехнологии, микролитография.
Требуемые деформации зеркала обеспечиваются работой пьезоэлементов. Одна из технических проблем заключается в том, что циклическое приложение напряжений приводит к разным значениям деформации отражающей поверхности. Авторы предложили формировать управляющий слой из отдельных пьезоэлементов малого диаметра. Указываются оптимальное соотношение между диаметром и высотой столбцов и предпочтительное расстояние между ними. Это позволяет избежать ненужного механического напряжения и исключить эффект гистерезиса. Конструкция обеспечивает реализацию достаточно больших прогибов с высокой точностью установки. Микролитография используется для производства микроструктурированных компонентов, таких как интегральные схемы или ЖК‑дисплеи.
Титановый фильтр
Название: неорганический ионообменник, метод его получения и способ очистки воды, содержащей радиоактивный стронций (WO2020017538).
Авторы: Оки Хиронобу, Иида Масаки, Сано Ёсиюки, Маекава Фумихико (Япония).
Патентообладатель: DIC (Япония).
Сфера применения: обращение с радиоактивными отходами.
Авторы обнаружили, что слоистый титанат, содержащий соль и карбонат щелочного металла в кристаллической структуре, обладает высокой ионообменной способностью. С помощью предложенной разработки можно эффективно удалять радиоактивные вещества из воды, вредные вещества — из загрязненной почвы, извлекать ценные ресурсы из морской воды.
DIC Corporation специализируется на разработке, производстве и продаже красок, пигментов, полимеров, специальных пластмасс и соединений, биохимических веществ. Компания работает по всему миру через 176 дочерних и зависимых компаний в 62 странах и включает Sun Chemical corporation, базирующуюся в Америке и Европе.
Авторы: Оки Хиронобу, Иида Масаки, Сано Ёсиюки, Маекава Фумихико (Япония).
Патентообладатель: DIC (Япония).
Сфера применения: обращение с радиоактивными отходами.
Авторы обнаружили, что слоистый титанат, содержащий соль и карбонат щелочного металла в кристаллической структуре, обладает высокой ионообменной способностью. С помощью предложенной разработки можно эффективно удалять радиоактивные вещества из воды, вредные вещества — из загрязненной почвы, извлекать ценные ресурсы из морской воды.
DIC Corporation специализируется на разработке, производстве и продаже красок, пигментов, полимеров, специальных пластмасс и соединений, биохимических веществ. Компания работает по всему миру через 176 дочерних и зависимых компаний в 62 странах и включает Sun Chemical corporation, базирующуюся в Америке и Европе.
Рольставни для рентгена
Название: устройство рентгеновского контроля (WO2020017076).
Авторы: Хиронобу Кобаяши, Такеши Сумикава, Хиросигэ Мизутани, Ютака Фуэки (Япония).
Патентообладатель: Fuji Electric (Япония).
Сфера применения: рентгеноскопия.
С ростом террористической угрозы растет потребность в устройствах, которые позволяют быстро и безопасно проверить подозрительные предметы. Авторы разработали простую конструкцию, обеспечивающую защиту оператора от облучения. Требования безопасности обязывают предотвращать возможность случайного облучения частей тела пользователя. Обычно устанавливаются устройства обнаружения присутствия, электронная блокировка двери. Изобретатели предложили использовать рольставни, экранирующие излучатель в открытом состоянии.
Авторы: Хиронобу Кобаяши, Такеши Сумикава, Хиросигэ Мизутани, Ютака Фуэки (Япония).
Патентообладатель: Fuji Electric (Япония).
Сфера применения: рентгеноскопия.
С ростом террористической угрозы растет потребность в устройствах, которые позволяют быстро и безопасно проверить подозрительные предметы. Авторы разработали простую конструкцию, обеспечивающую защиту оператора от облучения. Требования безопасности обязывают предотвращать возможность случайного облучения частей тела пользователя. Обычно устанавливаются устройства обнаружения присутствия, электронная блокировка двери. Изобретатели предложили использовать рольставни, экранирующие излучатель в открытом состоянии.
Травить нельзя гальванизировать
Название: металлический шаблон, дифракционная решетка с высоким аспектным соотношением и способы их изготовления (WO2020017270).
Автор: Казунари Тада (Япония).
Патентообладатель: Konica Minolta (Япония).
Сфера применения: научные исследования.
Изготовление дифракционных решеток требует высокой точности. Отклонения в ширине щелей и толщине слоя, блокирующего излучение, вносят искажения в получаемую интерференционную картину. Обычно решетка формируется методом травления. Если она имеет выпуклую или вогнутую форму, более глубокие участки могут иметь бóльшую глубину травления. Авторы предложили формировать шаблон для решетки в кремниевом слое в несколько этапов, после чего наносить металл методом гальванизации. Полученное таким способом изделие может найти применение в интерферометре Талбота или Талбота-Лау.
Автор: Казунари Тада (Япония).
Патентообладатель: Konica Minolta (Япония).
Сфера применения: научные исследования.
Изготовление дифракционных решеток требует высокой точности. Отклонения в ширине щелей и толщине слоя, блокирующего излучение, вносят искажения в получаемую интерференционную картину. Обычно решетка формируется методом травления. Если она имеет выпуклую или вогнутую форму, более глубокие участки могут иметь бóльшую глубину травления. Авторы предложили формировать шаблон для решетки в кремниевом слое в несколько этапов, после чего наносить металл методом гальванизации. Полученное таким способом изделие может найти применение в интерферометре Талбота или Талбота-Лау.
Наблюдать и нарабатывать
Название: картридж и его применение для производства радиоизотопов (WO2020025120).
Авторы: Томас Рихтер, Александр Сикора (Германия).
Патентообладатель: Framatome (Германия).
Сфера применения: производство радиоизотопов.
Изобретение предполагается использовать в тяжеловодных реакторах. Мишень покрыта ударопоглощающим слоем и заключена в картридж, который может иметь бериллиевые покрытие или вставку. Устанавливать мишени в активную зону можно будет с помощью пневмопривода через канал для наблюдения за нейтронным потоком или какой-либо другой. Описываются различные варианты конструкции. Благодаря защите от ударных нагрузок допускается установка в картридж обычных стеклянных ампул, которые используются в медицине для хранения радиоактивных изотопов. Это существенно снижает стоимость и трудоемкость изготовления картриджа, поскольку радиоизотопы извлекаются из реактора в готовом к использованию виде.
Авторы: Томас Рихтер, Александр Сикора (Германия).
Патентообладатель: Framatome (Германия).
Сфера применения: производство радиоизотопов.
Изобретение предполагается использовать в тяжеловодных реакторах. Мишень покрыта ударопоглощающим слоем и заключена в картридж, который может иметь бериллиевые покрытие или вставку. Устанавливать мишени в активную зону можно будет с помощью пневмопривода через канал для наблюдения за нейтронным потоком или какой-либо другой. Описываются различные варианты конструкции. Благодаря защите от ударных нагрузок допускается установка в картридж обычных стеклянных ампул, которые используются в медицине для хранения радиоактивных изотопов. Это существенно снижает стоимость и трудоемкость изготовления картриджа, поскольку радиоизотопы извлекаются из реактора в готовом к использованию виде.
Подводная экспансия
Название: системы и способы защиты, обращения с топливом, развертывания береговых подводных электростанций на ядерной платформе, размещенной в открытом море (WO2020041285).
Авторы: Матиас Тройер (США), Джастин Лоури (США).
Патентообладатели: Prodigy Clean Energy (Канада), Матиас Тройер (США).
Сфера применения: подводные АЭС.
Подводные АЭС не требуют больших вложений в прибрежную инфраструктуру. Они надежно защищены от цунами, падения самолета и большинства злоумышленников, не располагающих специальным подводным вооружением. Отдельные модули АЭС могут изготавливаться в прибрежной зоне и доставляться на место сборки. Использование морского транспорта не предъявляет таких жестких требований к габаритам, как использование наземного. Если потребуется, станция может быть разобрана и перемещена в более безопасное место или на утилизацию. Авторами проработаны вопросы обеспечения безопасности и обращения с отработавшим ядерным топливом.
Авторы: Матиас Тройер (США), Джастин Лоури (США).
Патентообладатели: Prodigy Clean Energy (Канада), Матиас Тройер (США).
Сфера применения: подводные АЭС.
Подводные АЭС не требуют больших вложений в прибрежную инфраструктуру. Они надежно защищены от цунами, падения самолета и большинства злоумышленников, не располагающих специальным подводным вооружением. Отдельные модули АЭС могут изготавливаться в прибрежной зоне и доставляться на место сборки. Использование морского транспорта не предъявляет таких жестких требований к габаритам, как использование наземного. Если потребуется, станция может быть разобрана и перемещена в более безопасное место или на утилизацию. Авторами проработаны вопросы обеспечения безопасности и обращения с отработавшим ядерным топливом.
Управляемый излучатель
Название: устройства, излучающие нейтроны (WO2020041713).
Авторы: Уолтер Макнейл, Амир Бахадори (США).
Патентообладатель: Kansas State University Research Foundation (США).
Сфера применения: источники нейтронов.
Обычно нейтронные потоки с переменной мощностью получают с помощью довольно громоздких устройств, нуждающихся во внешнем источнике питания. Авторы предложили конструкцию управляемых микроскопических нейтронных источников. Увеличивать и уменьшать скорость испускания нейтронов можно, изменяя количество альфа-частиц, попадающих в производящий нейтроны материал. Для этого меняется взаимное расположение пластин альфа- и нейтронного излучателей, которыми могут быть 241Am и бериллий. Устройство может быть активным или пассивным. В первом случае оно управляется контроллером, во втором — пассивно реагирует на изменение внешних условий.
Авторы: Уолтер Макнейл, Амир Бахадори (США).
Патентообладатель: Kansas State University Research Foundation (США).
Сфера применения: источники нейтронов.
Обычно нейтронные потоки с переменной мощностью получают с помощью довольно громоздких устройств, нуждающихся во внешнем источнике питания. Авторы предложили конструкцию управляемых микроскопических нейтронных источников. Увеличивать и уменьшать скорость испускания нейтронов можно, изменяя количество альфа-частиц, попадающих в производящий нейтроны материал. Для этого меняется взаимное расположение пластин альфа- и нейтронного излучателей, которыми могут быть 241Am и бериллий. Устройство может быть активным или пассивным. В первом случае оно управляется контроллером, во втором — пассивно реагирует на изменение внешних условий.
Создать и рассеять
Название: переключаемая решетка (WO2020058302).
Авторы: Роджер Букер, Эвальд Россл, Деннис Верстег (Нидерланды).
Патентообладатель: Koninklijke Philips (Нидерланды).
Сфера применения: рентгенография.
Часто возникает необходимость использовать один и тот же источник для получения как обычных, так и высоко контрастных изображений. Работа в обычном режиме с установленной фазовой решеткой требует большей мощности излучателя. При удалении и повторной установке фазовых решеток, даже с отклонением порядка микрометров, может потребоваться перекалибровка устройства. Изобретатели предложили способ создавать и рассеивать решетки. Для этого ультразвуковые генераторы подключаются к перпендикулярно расположенным стенкам резервуара и создают внутри стоячие волны. Содержащиеся в жидкости поглощающие рентгеновское излучение частицы могут выстраиваться вдоль узлов давления волн. Управление частотой работы генераторов позволяет формировать фазовую решетку нужной конфигурации.
Авторы: Роджер Букер, Эвальд Россл, Деннис Верстег (Нидерланды).
Патентообладатель: Koninklijke Philips (Нидерланды).
Сфера применения: рентгенография.
Часто возникает необходимость использовать один и тот же источник для получения как обычных, так и высоко контрастных изображений. Работа в обычном режиме с установленной фазовой решеткой требует большей мощности излучателя. При удалении и повторной установке фазовых решеток, даже с отклонением порядка микрометров, может потребоваться перекалибровка устройства. Изобретатели предложили способ создавать и рассеивать решетки. Для этого ультразвуковые генераторы подключаются к перпендикулярно расположенным стенкам резервуара и создают внутри стоячие волны. Содержащиеся в жидкости поглощающие рентгеновское излучение частицы могут выстраиваться вдоль узлов давления волн. Управление частотой работы генераторов позволяет формировать фазовую решетку нужной конфигурации.
Выносливая керамика
Название: процесс производства радионуклидов галлия (WO2020048980).
Авторы: Бент Шульц, Гермунд Хенриксен (Норвегия).
Патентообладатель: Universitetet I Oslo (Норвегия).
Сфера применения: наработка изотопов.
В однофотонной эмиссионной томографии используется дешевый в производстве 99mTc. Реакторы, на которых его производят, планируется выводить из эксплуатации. В связи с этим освобождается значительная доля рынка. Для позитрон-эмиссионной томографии часто используется 18 °F, но ведется поиск изотопов, которые были бы более удобны в обращении, проще и дешевле в производстве. Авторы предложили получать 68Ga, облучая керамическую мишень на основе фосфата цинка пучком протонов. Керамика более устойчива к нагреву и позволяет нарастить объемы производства, используя более мощные потоки частиц в циклотроне.
Авторы: Бент Шульц, Гермунд Хенриксен (Норвегия).
Патентообладатель: Universitetet I Oslo (Норвегия).
Сфера применения: наработка изотопов.
В однофотонной эмиссионной томографии используется дешевый в производстве 99mTc. Реакторы, на которых его производят, планируется выводить из эксплуатации. В связи с этим освобождается значительная доля рынка. Для позитрон-эмиссионной томографии часто используется 18 °F, но ведется поиск изотопов, которые были бы более удобны в обращении, проще и дешевле в производстве. Авторы предложили получать 68Ga, облучая керамическую мишень на основе фосфата цинка пучком протонов. Керамика более устойчива к нагреву и позволяет нарастить объемы производства, используя более мощные потоки частиц в циклотроне.
Управление потоком
Название: системы и способы генерации нейтронов на основе электростатического ускорителя для трансмутации на основе жидкой фазы (WO2020051380).
Авторы: Тосики Тадзима, Михл Биндербауэр, Алеш Некас (США).
Патентообладатель: TAE Technologies (США).
Сфера применения: переработка радиоактивных отходов.
В качестве источника нейтронов для «сжигания» минорных актинидов авторы предложили использовать не реактор, а ускоритель. Разогнанные до энергии порядка 150−200 кэВ дейтроны взаимодействуют с газообразной или твердой мишенью, содержащей дейтерий или тритий. Такой способ образования нейтронов отличается стабильностью, высоким уровнем пространственного и временнóго контроля протекания реакций. Образование нейтронов и трансмутация происходят в отдельных емкостях. Предполагается, что минорные актиниды могут находиться в жидкосолевом расплаве фторидов лития и бериллия.
Авторы: Тосики Тадзима, Михл Биндербауэр, Алеш Некас (США).
Патентообладатель: TAE Technologies (США).
Сфера применения: переработка радиоактивных отходов.
В качестве источника нейтронов для «сжигания» минорных актинидов авторы предложили использовать не реактор, а ускоритель. Разогнанные до энергии порядка 150−200 кэВ дейтроны взаимодействуют с газообразной или твердой мишенью, содержащей дейтерий или тритий. Такой способ образования нейтронов отличается стабильностью, высоким уровнем пространственного и временнóго контроля протекания реакций. Образование нейтронов и трансмутация происходят в отдельных емкостях. Предполагается, что минорные актиниды могут находиться в жидкосолевом расплаве фторидов лития и бериллия.
Еще один термояд
Название: устройство и способ экстремального нагрева частиц (WO2020046881).
Авторы: Черис Фортман (США).
Патентообладатель: St. John’s University (США).
Сфера применения: исследования термоядерных реакций.
Содержащиеся внутри световой трубки поглощающие или отражающие свет частицы нагреваются лазером. Это повышает температуру наполняющей трубку сверхпроводящей среды. Потеря сверхпроводимости вызывает резкий нагрев и формирование интенсивной волны давления. Энергия вводится с высокой скоростью из источника, содержащего сверхпроводящие элементы. Изобретатели предусмотрели использование специальных элементов конструкции, формирующих нужную форму импульса. Описываются различные элементы, которые могут участвовать в термоядерных реакциях. Допускается использование системы из двух трубок, одна из которых инициирует реакцию в другой. Ожидается, что можно будет получать температуры выше 106 K и поддерживать их в течение более чем 10-9 секунд.
Авторы: Черис Фортман (США).
Патентообладатель: St. John’s University (США).
Сфера применения: исследования термоядерных реакций.
Содержащиеся внутри световой трубки поглощающие или отражающие свет частицы нагреваются лазером. Это повышает температуру наполняющей трубку сверхпроводящей среды. Потеря сверхпроводимости вызывает резкий нагрев и формирование интенсивной волны давления. Энергия вводится с высокой скоростью из источника, содержащего сверхпроводящие элементы. Изобретатели предусмотрели использование специальных элементов конструкции, формирующих нужную форму импульса. Описываются различные элементы, которые могут участвовать в термоядерных реакциях. Допускается использование системы из двух трубок, одна из которых инициирует реакцию в другой. Ожидается, что можно будет получать температуры выше 106 K и поддерживать их в течение более чем 10-9 секунд.
Просто и прочно
Название: универсальный инвертированный реактор и способ его проектирования и изготовления (WO2020005712).
Авторы: Уильям Рассел, Джошуа Бергман, Джонатан Киртейн, Крейг Грэмлих, Джеймс Инман, Мэтью Левассер, Джозеф Миллер, Райан Циглер (США).
Патентообладатель: BWXT Nuclear Energy (США).
Сфера применения: ядерные реакторы.
У традиционных реакторов сложная внутренняя структура. Нужны высокая точность изготовления деталей и тщательный контроль качества. Авторы решили изменить геометрию активной зоны, использовать аддитивные или субстрактивные технологии для упрощения производства. Для этого конструктивные элементы активной зоны объединили в целостную унитарную структуру. Она содержит цилиндрические каналы с теплоносителем и полости, заполняемые топливом. Процесс производства контролируется системой машинного зрения и специальной вычислительной платформой. Обработка данных ведется в режиме реального времени. Сильными сторонами такого подхода авторы считают улучшенное соотношение массы и мощности, снижение внутренних напряжений, масштабируемость.
Авторы: Уильям Рассел, Джошуа Бергман, Джонатан Киртейн, Крейг Грэмлих, Джеймс Инман, Мэтью Левассер, Джозеф Миллер, Райан Циглер (США).
Патентообладатель: BWXT Nuclear Energy (США).
Сфера применения: ядерные реакторы.
У традиционных реакторов сложная внутренняя структура. Нужны высокая точность изготовления деталей и тщательный контроль качества. Авторы решили изменить геометрию активной зоны, использовать аддитивные или субстрактивные технологии для упрощения производства. Для этого конструктивные элементы активной зоны объединили в целостную унитарную структуру. Она содержит цилиндрические каналы с теплоносителем и полости, заполняемые топливом. Процесс производства контролируется системой машинного зрения и специальной вычислительной платформой. Обработка данных ведется в режиме реального времени. Сильными сторонами такого подхода авторы считают улучшенное соотношение массы и мощности, снижение внутренних напряжений, масштабируемость.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ #3_2020