Цитируемые ученые: лекарство для устриц, «спектральные подписи» и топливо

| 1158

Проект «Цитируемые ученые ТПУ» подводит итоги публикационной активности ученых Томского политехнического университета за январь. Самый высокоцитируемый соавтор статей ученых ТПУ имеет индекс Хирша 39, а самый высокорейтинговый журнал — импакт-фактор 6,209.

Инженерная школа энергетики

 

Структура дисперсной фазы и микро-взрывные процессы при различных схемах нагрева водотопливных капель (Dispersed phase structure and micro-explosion behavior under different schemes of water-fuel droplets heating)

Журнал: Fuel (Q1, ИФ 5,128)

Дмитрий Антонов, ТПУ, Максим Пискунов (индекс Хирша 10), старший преподаватель, Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова (НОЦ И.Н. Бутакова), Павел Стрижак (индекс Хирша 31), профессор, НОЦ И.Н.Бутакова, Dominique Tarlet (индекс Хирша 10), Université de Nantes, Jérôme Bellettre (индекс Хирша 21), Université de Nantes.

Процессы микровзрывов водотопливных капель представляют интерес научного сообщества в связи с тем, что с их применением можно реализовать интенсивное вторичное измельчение капель даже при высокой вязкости композиций. Особенно актуальной становится такая задача при широком вовлечении в состав топлив промышленных и бытовых отходов, отмечают авторы статьи.

В настоящей работе приведены результаты экспериментальных исследований, выполненных в Томском политехническом университете и Университете г. Нант, которые были направлены на изучение структуры дисперсной фазы капель топлив перед микровзрывом и ее непосредственного влияния на интегральные характеристики вторичного измельчения. Установлены зависимости кинетической энергии микровзрыва, количества и размеров вторичных фрагментов от концентрации и размеров капелек воды в составе топливной композиции. Выполнен сравнительный анализ результатов экспериментов при конвективном, кондуктивном и радиационном нагреве.

Влияние формы влажных частиц древесной биомассы на условия их зажигания (Influence of a wet wood particle form on the characteristics of its ignition in the high-temperature medium)

Журнал: Renewable Energy (Q1, ИФ 5,439)

Гений Кузнецов (индекс Хирша 34), главный научный сотрудник, НОЦ И.Н. Бутакова, Семен Сыродой, научный сотрудник, НОЦ И.Н. Бутакова, Надежда Гутарева, доцент, отделение иностранных языков Школы базовой инженерной подготовки.

По словам авторов, возобновляемые источники энергии на настоящее время определяют вектор развития мирового энергетического сектора. Так, по оценкам международного энергетического агентства к 2030 году доля возобновляемой энергетики (ВИЭ) будет составлять около 20 % в общем балансе электрогенерации. Одним из самых перспективных и бурно развивающихся видов ВИЭ является биомасса.

В статье приведены результаты экспериментальных и теоретических исследований оценки влияния формы частицы древесной биомассы на характеристики и условия ее воспламенения. Одним из важнейших параметров, оказывающих существенное влияние на эффективность процесса сжигания древесной биомассы, является форма топливных частиц. Определение оптимальной формы частицы древесины позволит существенно снизить инерционность зажигания, повысить полноту сгорания топлива и уменьшить антропогенные выбросы в атмосферу.

«В настоящей работе приведены результаты экспериментальных и теоретических исследований процессов зажигания частиц древесины (на основе лиственницы) трех типичных форм — куб, цилиндр, сфера. По результатам экспериментов установлено, что форма частиц оказывает значительное влияние на характеристики и условия воспламенения. Показано, что сферические частицы древесины воспламеняются значительно быстрее, чем цилиндрические и кубические (времена задержки воспламенения меньше в среднем на 56 %). Такая тенденция сохраняется для всех исследуемых размеров частиц. По результатам экспериментальных исследований сформулирована математическая модель воспламенения частицы влажной древесной биомассы, описывающая основные процессы тепло- и массопереноса протекающих совместно в условиях интенсивных фазовых и термохимических превращений в индукционный период времени. Сравнительный анализ теоретических и экспериментальных значений времен задержки зажигания (tign) показал их хорошее соответствие. По результатам численного моделирования установлено, что возможно воспламенение водонасыщенных (другими словами до полного испарения свободной влаги) древесных частиц», — отмечают исследователи.

 

Исследовательская школа физики высокоэнергетических процессов

 

Механизм и характеристики зажигания гелеобразных топлив на основе безмасляных и маслонаполненных криогелей с мелкодисперсными частицами угля (Ignition mechanism and characteristics of gel fuels based on oil-free and oil-filled cryogels with fine coal particles)

Журнал: POWDER TECHNOLOGY (Q1, ИФ 3,413)

Дмитрий Глушков (индекс Хирша 17), доцент, Исследовательская школа физики высокоэнергетических процессов (ИШФВП), Гений Кузнецов (индекс Хирша 34), главный научный сотрудник, НОЦ И.Н. Бутакова, Александр Нигай, ТПУ, Вячеслав Яновский, ТГУ, Ольга Яшутина, ТПУ.

В рамках исследования разработаны методики приготовления гетерогенных гелеобразных топлив на основе безмасляных и маслонаполненных криогелей, содержащих частицы угольной пыли размерами не более 140 мкм: 90–50 % масс. водный раствор ПВС (10 % масс.) + 10–50 % масс. уголь; 37,8 % масс. водный раствор ПВС (10 % масс.) + 30 % масс. уголь + 32,2 % масс. масло. Выполнен анализ физико-механических характеристик топливных пеллет размерами 20 мм. Модули упругости и пределы прочности топливных пеллет разного компонентного состава изменяются в диапазонах 15–300 кПа и 400–2140 кПа, соответственно.

«Экспериментально установлены механизмы зажигания группы составов гелеобразного топлива в высокотемпературной воздушной среде при 600–1000 °C. Установлено, что при зажигании безмасляных и маслонаполненных криогелей в течение индукционного периода протекают разные совокупности физико-химических процессов. Зажигание первой группы составов (без масла) гелеобразного топлива аналогично процессам зажигания относительно крупных частиц твердого натурального топлива. Многокомпонентность составов второй группы (с маслом) гелеобразных топлив является причиной протекания микровзрывов, в результате которых сначала происходит зажигание мелкодисперсных частиц угля, движущихся и удаляющихся от поверхности топлива на некоторое расстояние. Далее процесс экзотермического реагирования из этой зоны распространяется по всему объему горючей парогазовой смеси (от внешней границы в глубинные слои), сформировавшейся в течение индукционного периода. Микровзрывы, сопровождающиеся диспергированием частицы топлива, интенсифицируют как процесс зажигания, так и выгорания компонентов», — говорится в статье.

Результаты выполненного исследования являются основой для разработки методик приготовления и проведения экспериментальных исследований зажигания металлизированных гелеобразных топлив, в том числе в инертной газовой среде.

Расширенный анализ Фурье-спектров высокого разрешения сероводорода H2MS(M=32,33,34) в районе второй гексады: положения линий и колебательно-вращательные энергии (Extended FTIR high resolution analysis of hydrogen sulfide in the region of the second hexad: Line positions and ro–vibrational energies of H2MS(M=32,33,34))

Журнал: Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer (Q1, ИФ 2,955)

Олег Уленеков (индекс Хирша 26), профессор, ИШФВП, Елена Бехтерева (индекс Хирша 18), профессор, ИШФВП, Ольга Громова (индекс Хирша 13), профессор, ИШФВП, Fangce Zhang, ТПУ, Christof Maul, Technische Universität Braunschweig, C. Sydow, Technische Universität Braunschweig, Sigurd Bauerecker (индекс Хирша 16), Technische Universität Braunschweig.

«Идентификация широкого спектра химических соединений, присутствующих в космосе, а также в атмосферах планет возможна через "спектральные подписи" веществ. Для последующей интерпретации спектров, полученных астрономическими обсерваториями, необходимы как лабораторные измерения, так и теоретические исследования. Колебательно-вращательная спектроскопия играет здесь ведущую роль», — говорится в публикации.

Добавляется, что среди множества объектов, обнаруженных в астрономических средах, можно упомянуть сульфид водорода, который является одним из самых распространенных серосодержащих газофазных соединений в различных астрономических объектах. H2S признан одной из ключевых молекул для подробной химической и физической характеристик экзопланет. Исследованию спектральных характеристик H2S и посвящена описываемая статья.

«В представленной работе определены новые частоты, которые поглощает сероводород и его изотопологи H234S и H233S, переходя в возбужденные колебательно-вращательные состояния. Исследование новых состояний и определение параметров математических моделей сложных квантовомеханических объектов, в данном случае H2S, возможно и выполнено на основе высокоточных экспериментальных данных», — отмечают ученые.

 

Исследовательская школа химических и биомедицинских технологий

 

Летальное воздействие наночастиц серебра на Perkinsus marinus, простейшего устричного паразита (Lethal effects of silver nanoparticles on Perkinsus marinus, a protozoan oyster parasite)

Журнал: Fuel (Q1, ИФ 5,128)

Cecilia Bravo-Guerra, Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE), Jorge Cáceres-Martínez (индекс Хирша 17), CICESE, Rebeca Vásquez-Yeomans (индекс Хирша 10), CICESE, Алексей Пестряков (индекс Хирша 30), профессор, Исследовательская школа химических и биомедицинских технологий, Нина Богданчикова (индекс Хирша 34), Universidad Nacional Autónoma de México.

Паразит Perkinsus marinus заражает несколько видов устриц и является серьезной проблемой выживания данных моллюсков. Существует мало информации о возможных методах лечения этого паразита, но биоцидные свойства наночастиц серебра предполагают их потенциальное эффективное применение.

«Летальные эффекты препарата «Арговит» впервые были оценены в отношении гипноспор P. marinus, особенно их устойчивой стадии, которая сохраняется в окружающей среде до тех пор, пока не возникнут благоприятные условия для развития взрослого паразита. Проведенные in vitro (в пробирке) эксперименты с различными концентрациями наносеребряного препарата показали его высокое летальное воздействие (до 90 %). В дальнейшем планируется продолжить данные эксперименты in vivo (в организме) с целью разработки подходов к созданию лекарства», — говорится в описании.

Фотолиз двухатомных молекул, как источник атомов в планетарных экзосферах (Photolysis of diatomic molecules as a source of atoms in planetary exospheres)

Журнал: Astronomy & Astrophysics (Q1, ИФ 6,209)

Рашид Валиев (индекс Хирша 17), доцент, Исследовательская школа химических и биомедицинских технологий, Алексей Бережной (индекс Хирша 12), Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Ирина Гриценко, ТГУ, Борис Мерзликин, ТУСУР, Виктор Черепанов (индекс Хирша 12), ТГУ, Theo Kurten (индекс Хирша 39), University of Helsinki, Christian Wöhler (индекс Хирша 17), Technical University of Dortmund.

«В экзосферах небесных тел Солнечной системы, таких как Луна, Меркурий и спутник Юпитера Ио обнаружены атомы щелочных металлов. Одним из главных источников их появления является фотолиз двухатомных и трехатомных оксидов, хлоридов и фторидов этих металлов. На Меркурии и Луне они образуются за счет падения метеоритов, а на Ио — за счет вулканической деятельности», — говорится в статье.

В данной работе показано, что LiO, NaO, KO и KCl диссоциируют за время меньшее, чем 60 секунд, что и приводит к появлению атомов Li, Na, K в экзосферах этих тел.

«Дело в том, что молекулам требуется 1 000 секунд, чтобы покинуть Луну, Меркурий и Ио, и это слишком много, к этому времени молекулы уже распадаются на атомы», — уточняют исследователи.

 

Инженерная школа ядерных технологий

 

Влияние нуклидного состава топливной загрузки на длительность кампании ядерного топлива реакторной установки КЛТ-40С (Effect of fuel nuclide composition on the fuel lifetime of reactor KLT-40S)

Журнал: NUCLEAR ENGINEERING AND DESIGN (Q1, ИФ 1,541)

Сергей Белявский, ТПУ, Владимир Нестеров, доцент, отделение ядерно-топливного цикла Инженерной школы ядерных технологий, Роман Лаас, инженер, Проблемная научно-исследовательская лаборатория электроники, диэлектриков и полупроводников ИШФВП, Алексей Годовых, ТПУ, Ольга Булах, ТПУ.

Работа посвящена расчету таких характеристик реакторной установки КЛТ-40С, как эффективный коэффициент размножения, коэффициент воспроизводства, спектр нейтронов и кампании топлива (период от загрузки свежего ядерного топлива в активную зону до выгрузки облученного ядерного топлива).

Члены научного коллектива сделали расчет для четырех топливных композиций: (U238 + U235)O2, (U238 + Pu239)O2, (Th232 + U235)O2 и (Th232 + U233)O2. Обогащение по делящемуся изотопу для каждой композиции — 18,6%. Результаты показывают, что смена воспроизводящего изотопа с U238 на Th232 увеличивает кампанию на 30 %. Замена U235 на U233 увеличивает кампанию еще на 25 %.

  

Инженерная школа природных ресурсов

 

Ооидовые железняки мезокайнозойских отложений Западной Сибири: оценка процессов формирования и связи с региональными и глобальными геологическими процессами (Ooidal ironstones in the Meso-Cenozoic sequences in western Siberia: assessment of formation processes and relationship with regional and global earth processes)

Журнал: Journal of Palaeogeography (Q1, ИФ 1.744)

Максим Рудмин (индекс Хирша 7), доцент отделения геологии ИШПР, Santanu Banerjee (индекс Хирша 25), Indian Institute of Technology Bombay, Эльшан Абдуллаев, Азербайджано-французский университет, Алексей Рубан, доцент отделения геологии, Екатерина Филимоненко, ТПУ, Елена Ляпина, Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, Роман Кашапов, инженер-исследователь, Лаборатория геологии месторождений нефти и газа, Алексей Мазуров (индекс Хирша 7), профессор отделения геологии.

В данной работе исследуется процесс образования ооидовых железняков в верхнемеловых и палеогеновых отложений Западной Сибири. По словам авторов, происхождение морских железняков является фундаментальной проблемой в осадочной геологии, и в этом исследовании используются данные минералогии и геохимии для разработки модели, объясняющей условия образования железных руд.

«Анализ фрамбоидов пирита и геохимических окислительно-восстановительных индикаторов показывает три интервала морской гипоксии во время накопления морских ооидовых железняков в позднем мелу и раннем палеогене в районе Бакчарского месторождения в Западной Сибири. Отсутствие пирита указывает на кислородные условия для определенных интервалов осадконакопления. Гётит и гидрогётит образуются в условиях доступа кислорода, а шамозит, пирит и сидерит — в условиях гипоксии морской воды. Отложения, связанные с гетит-шамозитовыми железняками, охватывающие гипоксические интервалы, отражают положительные аномалии церия и отрицательные аномалии европия и иттрия. Аномалии ртути, связанные с начальными стадиями гипоксии, коррелируют с глобальными вулканическими явлениями. Окислительно-восстановительные индикаторы и рудно-минеральные ассоциации отражают низкотемпературную гидротермальную активность. Рифтинг и глобальный вулканизм, возможно, вызвали гидротермальную конвекцию в осадочном чехле Западной Сибири и эксгаляцию железонасыщенных флюидов в прибрежной и мелководной морской среде. Таким образом, это исследование выявляет потенциальную геологическую связь между гигантскими изверженными провинциями, океанической аноксией, рифтингом и образованием морских ооидовых железняков в древнем Западно-Сибирском море», — отмечают исследователи.

Минеральные формы редкоземельных элементов в высоко-фосфорных ооидовых железняках Западной Сибири и Тургайского прогиба (Minerals of Rare Earth Elements in High-Phosphorus Ooidal Ironstones of the Western Siberia and Turgai Depression)

Журнал: Minerals (Q2, ИФ 2,25)

Максим Рудмин (индекс Хирша 7), доцент отделения геологии, Игорь Рева, ТПУ, Эллина Сокол (индекс Хирша 18), Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН, Эльшан Абдуллаев, Азербайджано-французский университет, Алексей Рубан, доцент отделения геологии, Олег Толкачев, инженер отделения материаловедения Инженерной школы новых производственных технологий, Алексей Мазуров (индекс Хирша 7), профессор отделения геологии.

Целью данного исследования было изучение редкоземельных (РЗЭ) минералов в ооидовых (оолитовых) железорудных месторождениях Западно-Сибирского бассейна и Тургайского прогиба. Были описаны аутигенные минералы (монацит и церит), и основная минеральная форма РЗЭ была идентифицирована как фосфат легких редкоземельных элементов (ЛРЗЭ-фосфат). ЛРЗЭ-фосфат образуется в железистых ооидах, пелоидах и онкоидах и формирует устойчивую минеральную ассоциацию с железистыми гидроксидами (гетит и его гидратированные аморфные разновидности) и богатыми железом слоистыми силикатами (железистый иллит-смектит, шамозит, бертьерин).

«Выдержанная минеральная ассоциация в двух месторождениях разного возраста указывает на общий механизм образования этих минералов. ЛРЗЭ-фосфат (аутигенный монацит) характеризуется микронными размерами (до 24 мкм), разнообразной морфологией (в основном сферической или ксеноморфной) и занимает пространство между микрослоями (микрокольцами) в железистых сфероидах. Этот минерал можно найти в других месторождениях ооидовых железных руд. По своим минералогическим и химическим характеристикам ЛРЗЭ-фосфат в основном относится к аутигенному (или "серому") монациту. Однако неполное (не 100 %) соответствие характеристических полос Кикучи эталонному монациту не позволяет надежно идентифицировать минерал. Исходя из микронных размеров, химическое или бактериальное выщелачивание рекомендуется рассматривать для потенциального извлечения РЗЭ из ооидовых железных руд при сопутствующем удалении фосфора. Ооидовые (оолитовые) железняки следует рассматривать как комплексные месторождения и нетрадиционный природный тип руд РЗЭ на примере крупнейших Бакчарского и Лисаковского месторождений», — поясняют авторы.