Водородная энергетика и добыча железной руды: ученые рассказали об исследованиях в стратегически важных отрасляхЭксперты в области физико-математических и геологических наук представили результаты своих

Водородная энергетика и добыча железной руды: ученые рассказали об исследованиях в стратегически важных отрасляхЭксперты в области физико-математических и геологических наук представили результаты своих исследований на заседании Ученого совета КарНЦ РАН. Старший научный сотрудник ИПМИ КарНЦ РАН Екатерина Костикова рассказала, как построение математических моделей применяется в разработке и использовании материалов для водородной энергетики. Доклад главного научного сотрудника Института геологии КарНЦ РАН Александра Слабунова был посвящен полосчатым железистым кварцитам Костомукшского месторождения – важным для экономики и уникальным для науки горным породам.

12 декабря состоялось заседание Ученого совета КарНЦ РАН. Его открыла генеральный директор КарНЦ РАН чл.-корр. РАН Ольга Бахмет. Она кратко рассказала об итогах Общего собрания Российской академии наук, которое проходило в Москве 9–10 декабря. В заседаниях практически всех отделений РАН принимали участие карельские ученые. Будучи мультидисциплинарным центром, КарНЦ РАН обладает разноплановым спектром направлений научной работы – исследования сотрудников относятся к тематике семи отделений Российской академии наук. Непосредственно Общее собрание членов РАН 10 декабря было посвящено роли Академии в решении задач и проблем научно-технологического развития страны. Президент РАН Геннадий Красников в своем докладе рассказал, как меняются подходы к работе РАН.– Многие доклады касались научно-технического развития страны. Сейчас особое внимание уделяется прикладным технологическим разработкам и решению практических задач. Наряду с фундаментальными результатами, нам необходимо помнить о практической значимости исследований, – подчеркнула Ольга Бахмет.В этом контексте оба научных доклада, представленных на заседании Ученого совета, прозвучали крайне актуально.

Старший научный сотрудник Института прикладных математических исследований (ИПМИ) КарНЦ РАН Екатерина Костикова посвятила свое выступление моделированию спектров термодесорбции. Результаты работы карельских ученых помогают специалистам в области водородного материаловедения моделировать различные ситуации и условия эксплуатации материалов. Водородная энергетика интенсивно развивается и требует разработки новых материалов с определенными свойствами в зависимости от условий эксплуатации. Это необходимо для ракетостроения, защитных контуров в ядерных реакторах, на химическом производстве, в энергетической отрасли, в частности, для защиты трубопроводов углеводородного сырья от водородной коррозии. Прежде чем вводить разработку в реальную эксплуатацию, необходимо произвести предварительные расчеты. Математические модели и методы численного моделирования могут помочь выбрать адекватные модели, выделить лимитирующие процессы, уточнить механизмы взаимодействия и в итоге сократить расходы на дорогостоящие эксперименты.Эффективным экспериментальным методом исследования того, как материалы конструкций взаимодействуют с изотопами водорода, является термодесорбционная спектрометрия (ТДС). Установка, на которой проводятся совместные исследования ученых, находится в Институте металлургии Уральского отделения РАН в Екатеринбурге.В ходе эксперимента образец материала – тонкую металлическую пластину, предварительно насыщенную растворенным атомарным водородом – медленно нагревают в вакуумной камере. Масс-спектрометр регистрирует поток дегазации. Результаты позволяют судить о характере взаимодействия изотопов водорода с твердым телом. Исследование полученных спектров с помощью различных математических моделей помогают объяснить существенно разные физико-химические причины различных сценариев дегазации. Однозначность решения такой задачи необходима, ведь результаты экспериментов будут использованы в создании реальных конструкций, например, защитных стенок реакторов. Кроме того, математические методы позволяют смоделировать то, что зачастую трудно доступно для эксперимента, в частности, многослойные материалы или экстремальные условия.

– Разработанные модели показали адекватную физическим представлениям состоятельность как на качественном, так и на количественном уровне. Нами разработан комплекс моделей и алгоритмов, которые могут быть использованы материаловедами без разработки специального программного обеспечения, – рассказала Екатерина Костикова.Занимаясь этим вопросом, карельские математики под руководством доктора физико-математических наук Юрия Заики сотрудничают с экспериментаторами из Курчатовского института, Института металлургии УрО РАН, Томским политехническим университетом и Высокотехнологическим НИИ неорганических материалов. Проводятся школы молодых ученых и конференции в Карелии.Второй научный доклад был посвящен исследованию в области геологии. Главный научный сотрудник Института геологии КарНЦ РАН Александр Слабунов рассказал о полосчатых железистых кварцитах – богатых железом и кремнеземом горных породах. Это главная в мире в руда железа. В России руды такого типа составляют около 70% от общих запасов. Одно из крупнейших месторождений – Костомукшское. Среднегодовая добыча руды в нем составляет порядка 36 миллионов тонн – примерно 10% общей добычи в России.Исследователи Института геологии КарНЦ РАН в рамках проекта, поддержанного Российским научным фондом, детально изучили строение, химический и минеральный состав железистых кварцитов Костомукшского месторождения и сделали выводы об условиях образования этих уникальных горных пород. Эти данные имеют важнейшее значение для реконструкции облика ранней Земли, в том числе понимания особенностей состава древних океанов и атмосферы и эволюции жизни.Так, ученые показали, что полосчатые железистые кварциты формировались только в докембрии, главным образом, в условиях бескислородной атмосферы. Основным источником для их образования были подводные гидротермы – «черные курильщики». Таким образом, эти породы свидетельствуют о гидротермальной активности в древних морях и океанах. Впервые получены данные по геохронологии цирконов, которые позволяют сделать выводы о возрасте сноса осадочных пород и истории их преобразования.

Помимо значимости для фундаментальной науки, результаты исследования могут найти практическое применение.– Особенности преобразования железистых кварцитов имеют прикладное значение. Дело в том, что наиболее ценные породы формируются тогда, когда кристаллики магнетита имеют крупный размер. Чем чаще происходили процессы, которые преобразовывали и кристаллизовывали этот минерал, тем руда становится более ценной. И благодаря нашим исследованиям, мы можем выделить отдельные зоны, где этих преобразований было больше, чем в остальных, и тем самым показать, где потенциально могут находиться более ценные в технологическом отношении руды, – пояснил Александр Слабунов.Оба доклада вызвали живой отклик среди участников заседания, исследования были единогласно одобрены Ученым советом КарНЦ РАН. Также на заседании ученый секретарь КарНЦ РАН Наталья Фокина представила план работы Ученого совета КарНЦ РАН и график конференций на 2025 год. Главный редактор научного журнала «Труды Карельского научного центра РАН» Александр Титов озакомил членов Ученого совета с графиком выхода номеров в грядущем году.