По закону Ома

Освоение и удержание Арктики — российский мегапроект, наравне с Олимпиадой и космодромом «Восточный». На изучение севера в последние годы брошены значительные ресурсы, в том числе интеллектуальные. В июне в Новосибирске пройдёт IV Международный форум «Технопром», основной тематикой которого станет технологическое обеспечение освоения Арктики. В преддверии мероприятия научные институты СО РАН рассказали журналистам о своих последних разработках для исследования северных территорий. С ними ознакомился и корреспондент Сиб.фм.

#1. Автоматическая электроразведочная станция «Скала»

Где разработали: Институт нефтегазовой геологии и геофизики имени А. А. Трофимука

Какие задачи решает:

1. Исследование зон деградации вечной мерзлоты.

При таянии мерзлоты происходит выброс значительной дозы парниковых газов, рост концентрации которых ведёт к глобальным и необратимым изменениям климата. Прибор, разработанный в ИНГГ СО РАН, позволяет оперативно узнать строение геологического разреза вечномёрзлых пород на глубине 40 метров.

2. Гидрогеология: поиск подземных вод для бурения скважин.

Аппарат с большой точностью определяет, в каком месте находятся подземные воды, что позволяет бурить скважины на определённых участках. Таким образом, например, была обнаружена вода рядом с Колыванским монастырём. Для гидрогеологических исследований «Скалу» уже применяли по всей Новосибирской области на глубине до 120 метров, в этом году исследователи будут работать в Иркутской области.

3. Геологическое исследование земельных участков, предназначенных для строительства объектов

По данным, собранным в результате работы прибора, учёные составляют трёхмерную модель подземного строения. Становится понятно, на каких участках строить безопасно, где лучше внести коррективы — перенести фундамент или опору моста, как было в случае с Бугринским мостом. Сотрудники ИНГГ СО РАН изучали подземное строение дна реки Обь в месте возведения будущего объекта. Полученные результаты показали, что планируемое расположение одной из опор приходится на границу между гранитным массивом и осадочными породами, что небезопасно. Решено было перенести ось моста вверх по течению реки на 50 метров.

Изначально Бугринский мост носил название «Оловозаводской»

Как работает: В основе работы станции лежит метод сопротивлений, предложенный Конрадом Шлюмберже в начале XX века. Для измерения этим методом на поверхности земли размещаются и заземляются 4 электрода: два питающих и два приёмных. По ним пускается электрический ток, который проходит через землю. Разность потенциалов, наблюдаемая при пропускании тока через электроды, зависит от распределения удельного электрического сопротивления в области исследования. По полученным данным вычисляется кажущееся сопротивление, по значениям которого восстанавливается модель исследуемой среды.

Schlumberger («Шлюмберже») — крупнейшая нефтесервисная компания со штаб-квартирами в Хьюстоне и Париже

К прибору «Скала» подключаются две косы — так называется многоканальный кабель, на котором через равные расстояния расположены места подключения электродов. В зависимости от модификации прибора к косе подключаются 24 или 32 электрода — «Скала-48» и «Скала-64» соответственно. В автоматическом режиме программа записывает каждое измерение, используя комбинации размещённых электродов. Затем зафиксированные показатели восстанавливаются в модель того, что находится под исследуемым участком земли.

Преимущества: Прибор позволяет экономить время и сокращает финансовые затраты на проведение исследований. Он точнее аналогов. Кроме того, снижается экологический ущерб территориям вечной мерзлоты: при применении мобильной установки нет необходимости использовать тяжёлую технику, которая разрушает почву в северных широтах.

Кстати: Модель аппарата «Скала-64» считается одной из лучших в мире.

#2 Автономная станция температурного мониторинга

Где разработали: Институт нефтегазовой геологии и геофизики имени А. А. Трофимука

Какие задачи решает:

1. Температурный мониторинг территорий строительства в зонах вечной мерзлоты

2. Мониторинг активных геологических процессов в зонах гидротермальной активности

3. Исследование теплового эффекта от испытаний ядерных взрывов (в настоящее время проводятся исследования на Семипалатинском полигоне)

456 ядерных испытаний проведено на Семипалатинском полигоне с 1949 по 1989 год

Как работает: Станция позволяет проводить измерения более чем в 60 разных точках. Она представляет собой прибор с местами крепления датчиков, длина которых может составлять до 200 метров. Помимо температурных, к прибору можно подключить датчики давления, влагонасыщенности, солёности, освещённости и другие. Таким образом, станция температурного мониторинга может преобразоваться в станцию комплексного наблюдения. Аппарат полностью автономный, его закапывают в исследуемых районах и оставляют на 1-2 года. Затем достают, считывают данные в специальной программе и составляют картину температурных изменений на определённых территориях.

Преимущества: у прибора высокая точность измерения. Его можно применять в различных природных условиях: в степях Казахстана, на территориях Арктики, на дне водоёмов и на вулканах. К тому же, он обладает большим объёмом памяти и возможностью длительной автономной работы.

#3 Геофизический прибор магнитной съёмки — высокочастотный магнитометр на базе беспилотного летательного аппарата

Где разработали: Институт нефтегазовой геологии и геофизики имени А. А. Трофимука

Какие задачи решает: С помощью прибора проводится магнитная съёмка территорий, где предположительно могут находиться полезные ископаемые или археологические артефакты. Такие объекты вызывают магнитные аномалии, которые считывает прибор. Аномалии, в свою очередь, — верный признак того, что в грунте местности содержатся залежи полезных ископаемых или ценные археологические находки.

Наибольшую намагниченность горных пород создают минералы, содержащие железо, осадочные породы обычно слабомагнитны

Как работает: Для обнаружения месторождений полезных ископаемых проводятся две съёмки: магнитометрическая и гаммаспектрометрическая, то есть, измеряется магнитное поле Земли и инфракрасное излучение. На основании полученных результатов геолог делает заключение о возможном месторождении на том или ином участке. После этого проводится более детальная съёмка, на меньшем масштабе. Показатели записываются на расстоянии 10-20 метров. Если же необходимы более точные данные — проводится дорогостоящая наземная съёмка. С помощью магнитометра института геофизики отсчёты могут вестись через каждый миллиметр — такую точность никому в мире достичь не удалось.

Магнитометр представляет собой небольшую коробочку — автоматизированную систему считывания данных, которая крепится на беспилотный летательный аппарат любой модели. К системе подключаются датчики, которые «снимают» магнитное поле в исследуемом районе. С помощью прибора, установленного на беспилотник, можно сделать съёмку в несколько слоёв, что позволит получить детальные данные по геологическому строению исследуемого участка.

Преимущества: малый вес аппарата, позволяющий использовать любой беспилотник грузоподъёмностью 1-1,5 килограмма, высокая производительность и точность полученных данных, поверхность можно измерять на каждом миллиметре, информация получается более детальной и точной, нет необходимости в специальных взлётно-посадочных площадках.

Кстати: Больше ни у кого в мире нет подобного аппарата.

#4 Центр радиационных технологий ИЯФ СО РАН

Где разработали: Институт ядерной физики СО РАН

Какие задачи решает: Радиационный центр создан в ИЯФ в 2001 году. В центре работает ускоритель семейства ИЛУ-10, разработанный и произведенный в институте. С его помощью можно: стерилизовать медицинские приборы, проводить электронную пастеризацию продуктов питания, обрабатывать зерно, избавляя его от насекомых.

Холодная электронная пастеризация разрешена в России с 1 января 2016 года. Однако всё упирается в ГОСТы, которые необходимо принять в связи с этим разрешением. Также необходимо внесение изменений в технические регламенты Таможенного союза, связанные с пищевой продукцией. На приведение документации в соответствие с существующими нормами понадобится 1-2 года.

В здании ИЯФ проводились съёмки нескольких сцен фильма режиссёра Михаила Ромма «9 дней одного года»

Как работает: По конвейеру продукция через специальный лабиринт поступает в зал с ускорителем. С его помощью продукты и материалы обрабатывают методом стерилизации ускоренными электронами. Электроны, сканируя продукт, проходят через множество вторичных частиц, включая ионы и свободные радикалы. Вторичные частицы разрывают ДНК-цепочки микроорганизмов и на внутренней поверхности упаковки, и внутри продукта, блокируя таким образом их дальнейшее размножение. Патогенные микробы разрушаются — происходит стерилизация продукции.

После этого этапа продукция по конвейеру доставляется в зал отгрузки. В центре радиационных технологий уже не один год проводится стерилизация медицинских изделий. Они проходят обработку прямо в коробках, в индивидуальной упаковке, с производительностью несколько тонн в час.

Преимущества: высокая скорость стерилизации, высокая эффективность, низкая стоимость по сравнению с термическим или газовым способом, уменьшение использования химических добавок и безопасность: энергия, используемая ускорителем, составляет менее 5МэВ — при таком показателе никакие фотоядерные реакции не возникают, и остаточная радиация не образуется.

Кстати: Всемирная организация здоровья, МАГАТЭ и Сельскохозяйственная организация ООН, проведя ряд исследований, доказали, что метод холодной пастеризации продуктов не представляет никакой угрозы для здоровья человека.