Мир испытаний на прочность и выживаемость — это мир, где господствуют люди и железо. Испытательная лаборатория в исследовательском центре транспорта в Огайо — гулкий зал размером с добрый ангар. Здесь почти негде присесть, да и имеющиеся сиденья — голая железяка без всякой обивки. Зал почти пуст — лишь салазки для ударных испытаний, установленные прямо посредине, да еще несколько инженеров в защитных очках, непрерывно расхаживающих взад и вперед с кофейными кружками в руках. Цветовая гамма помещения почти вся состоит из оранжевых и красных пятен — это предупреждающие знаки и аварийные фонари.

Наш покойничек выглядит почти по‑домашнему. На нем (назовем его «субъект F») небесно-голубые подштанники и никакой рубахи — будто он расслабляется в собственной квартире. Вид у него действительно глубоко расслабленный — как и должно быть у настоящего покойника. Он развалился в кресле, положив вялые руки на бедра. Будь наш F жив, он бы сейчас изрядно нервничал. Через пару часов под воздействием сжатого воздуха здоровенный поршень с нежностью дубового чурбака двинет прямо под сиденье, к которому F будет пристегнут. Испытатели смогут при этом регулировать и силу удара, и положение кресла — в зависимости от того, на что направлен конкретный эксперимент. Сегодня инженеры работают по заказу NASA с новой посадочной капсулой Orion, моделируя, как она будет падать из космоса в океан. Господин F в этом эксперименте играет роль астронавта.

В возвращаемых космических аппаратах каждое приземление представляет собой испытание на прочность. В отличие от космического челнока, которому на смену должен прийти корабль Orion со своей разгонной ракетой, у этой возвращаемой капсулы нет ни крыльев, ни каких-либо посадочных приспособлений. Она не прилетает из космоса — она просто падает. (Если президент Обама добьется закрытия программы Constellation, единственным предназначением капсулы Orion останется простое падение на землю, и ее будут использовать в качестве спасательной шлюпки для аварийной эвакуации экипажа МКС.) Эта капсула снабжена маневровыми двигателями, которые могут подправить курс или замедлить движение для схода с орбиты, однако для смягчения приземления их мощности не хватит. Когда капсула войдет в верхние слои атмосферы, ее широкое и плоское днище будет тормозить о постепенно сгущающийся воздух. Большое лобовое сопротивление должно замедлить падение капсулы до тех скоростей, когда уже можно будет раскрыть парашют, не опасаясь, что он порвется.

После этого капсула плавно спустится в океан и относительно мягко шлепнется в воду. Удар будет как при мелкой дорожной аварии — от 2 до 3g, максимум 7g.

Именно для смягчения этого последнего удара была выбрана посадка на воду, но и здесь есть свои сложности. Океан непредсказуем. А что, если в момент приземления капсула получит боковой удар от высокой волны? Выходит, ее пассажирам необходима защита не только от перегрузок, сопряженных с прямым вертикальным падением, но и от ударов сбоку и даже от падения вниз головой.

Но какой бы фокус ни выкинул океан, мы должны быть уверены, что экипаж капсулы останется целым и невредимым. Для этого здесь, в исследовательском центре, на салазках ударной испытательной установки в креслах от корабля Orion раз за разом катают специальные манекены. Последнее время в этих экспериментах стали использовать и настоящие трупы. Информация, получаемая с помощью специализированных манекенов, оказывается недостаточной. Их жесткая конструкция весьма удобна для анализа лобовых или боковых ударов — вот почему они так приглянулись автопроизводителям. А вот для того чтобы оценить, как удар в момент приземления может действовать на костный скелет или мягкие ткани человека, исследователям весьма желательно проводить эксперименты на подлинных человеческих телах. Их находят среди пожертвованных на нужды науки. Описываемые здесь испытания — результат сотрудничества трех организаций: испытательного центра, NASA и Исследовательской лаборатории биомеханики травмы при Университете штата Огайо (OSU).

Живые и мертвые

Работая с мертвецами, сотрудники NASA испытывают некоторую неловкость. Они не используют слово «труп» в своих документах. Вместо этого в обращение введен эвфемизм — «посмертный человеческий объект». Мертвые тела оказываются там, куда и не мечтали попасть их хозяева, — на кораблях Challenger, Columbia, Apollo1. Впрочем, молодежь смотрит на это куда проще. Вот двое студентов рядом с «субъектом F» болтают и посмеиваются, распутывая длинные провода, тянущиеся от датчиков нагрузок, смонтированных прямо в костях «субъекта F». В их глазах этот труп пребывает в некоей промежуточной области жизни. Это уже не человек, но еще и не просто кусок неживой ткани. О нем говорят как о чем-то одушевленном, но относятся к нему не как к тому, что способно испытывать боль.

Сейчас «субъект F» сидит на высоком металлическом стуле рядом с направляющими ударного поршня. Юн-Сеок Канг, аспирант из OSU, стоит у него за спиной и прилаживает с помощью универсального гаечного ключа какой-то электронный блок размером с наручные часы прямо в его открытый позвоночник. Вместе с датчиками динамических напряжений эти приборчики будут замерять силы, воздействующие на тело при ударе. Перчатки на руках Канга блестят от жира. Его здесь много, из-за него пальцы скользят, работа у Канга не клеится. Он возится уже больше получаса. Мертвец при этом сохраняет беспредельное спокойствие.

Итак, необходимо готовиться к непредсказуемым ударам с любой стороны — у этой ситуации есть хорошая аналогия — авария на автогонках. В апреле 2009 года участник гонок NASCAR Карл Эдвардс, летя со скоростью 320 км/ч, врезался в другую машину. Его аппарат взлетел в воздух и, покувыркавшись, как брошенная на удачу монетка, врезался в стену. После этого Эдвардс как ни в чем не бывало выбрался из машины и без проблем заковылял прочь от места происшествия. Как это возможно? Процитируем статью из Stapp Car Crash Journal: «Все дело в правильно рассчитанном и плотно охватывающем коконе для пилота». Обратим внимание на выбор слов — сказано не «сиденье», а «кокон». Задача спасти человека от непредсказуемых ударов не сильно отличается от задачи упаковать хрупкую вазу в расчете на дальний переезд. Вы не предугадаете, каким боком грузчик кинет вашу вазу в кузов, поэтому ее нужно защитить со всех сторон. В гоночных машинах сиденья делают по индивидуальной мерке для каждого пилота. Он пристегивается поясным, двумя плечевыми и брасовым (проходящим между ног) ремнями. Система HANS (Head and Neck Support, поддержка головы и шеи) не дает голове резко сдвинуться вперед, а вертикальные поддерживающие валики по бокам сиденья удерживают голову и спину от рывков влево или вправо.

Недавно NASA отказалось от применения гоночных автокресел в качестве образца для капсулы Orion. Во‑первых, гонщики все-таки ездят сидя, а не полулежа. Для астронавтов, особенно тех, которые уже провели некоторое время в открытом космосе, это не лучший вариант. Положение лежа не только менее опасно — оно вдобавок страхует от потери сознания. Когда мы встаем, вены в наших ногах напрягаются и не дают всей крови стечь вниз. Если астронавт проводит несколько недель в условиях невесомости, этот защитный механизм у него просто отключается. Правда, тут есть и другая проблема. «Мы клали кресло из гоночного автомобиля на спинку, укладывали в него испытуемого и предлагали ему самостоятельно встать, — рассказывает Дастин Гомерт, эксперт NASA по вопросам выживания экипажа. — Парень чувствовал себя черепахой, перевернутой на спину».

Были также опасения, что сложная система пристежных ремней, которая используется на гонках типа NASCAR, грозит существенно затянуть процедуру их отстегивания и астронавт не успеет вовремя покинуть капсулу Orion. Чтобы решить этот вопрос, Гомерт с коллегами провели несколько экспериментов с помощью стандартных манекенов для автомобильных испытаний, используя только ремни для поддержки головы. Гомерт предложил мне поснимать, как ведут себя эти манекены, одетые в обычную одежду из универсама. Бедные манекены! Прокручивая ролик в замедленном темпе, Гомерт объясняет: «Вот голова остается на месте, а все тело движется вперед. Мы уж боялись, что манекен будет совсем испорчен». В качестве компромисса был выбран вариант с упрощенными плечевыми ремнями.

А вот еще одна сложность, с которой сталкивается астронавт. К его скафандру присоединена куча шлангов — воздуховоды, штуцеры, кабели, выключатели и разъемы. Необходимо быть уверенным, что твердые детали скафандра при жесткой посадке не повредят мягких тканей астронавта. Для этого «субъект F» был наряжен в некую имитацию скафандра — множество разнообразных колец приклеили ему скотчем на разные участки шеи, плеч и бедер. Эти кольца должны были имитировать элементы гибкости или стыки, вшитые в скафандр. И еще одна забота тревожит испытателей: в случае приземления на бок одно из колец системы гибкости скафандра (обеспечивающее астронавту достаточную подвижность) может упереться в валик боковой поддержки и его с такой силой вдавит космонавту в руку, что возможен даже перелом кости.

Усадить «субъекта F» в кресло, смонтированное на ударных салазках, не так-то просто. Представьте себе, как усаживают в такси мертвецки пьяного приятеля. Двое студентов поддерживают F за бедра, а еще один — под спину. F лежит, задрав согнутые ноги, — примерно так же лежит человек, если у его стула вдруг подломились задние ножки. Руководит процессом Джон Болт, завлабораторией биомеханики травмы при OSU. Он кричит студентам: «Раз, два, три!» Толкатель поршня нацелен в правый бок «субъекту F», то есть поперек обычного движения. Это самое опасное из всех направлений.

Когда незакрепленная голова мотается из стороны в сторону, мозг болтается внутри черепной коробки. Эта очень нежная субстанция в процессе такого удара подвергается периодическому сжатию и растяжению. Сильный боковой удар может привести к ушибу мозга, кровоизлиянию, отеку и в конечном итоге — коме и летальному исходу.

Аналогичные вещи происходят и с сердцем. Полное крови сердце может весить граммов триста. Вокруг достаточно места, и при боковом ударе оно может свободно болтаться из стороны в сторону, дергая аорту. Если тяжелое сердце слишком сильно потянет за аорту, они могут оторваться друг от друга. «Разрыв аорты» — таков приговор Гомерта.

И вот «субъект F» готов. Мы поднялись наверх, чтобы смотреть за происходящим от пульта управления. Вспыхнуло море огней и раздался громкий вздох. Ничего особо драматического. Поскольку всю работу здесь делает сжатый воздух, испытания на ударных салазках проходят неожиданно тихо, удары совершаются без грохота. Вдобавок все происходит так быстро, что глазом практически ничего не заметишь. Весь процесс снимается на видео со сверхвысокой скоростью смены кадров. Потом все это можно будет внимательно рассмотреть при замедленном воспроизведении.

Мы прильнули к экрану. Рука «субъекта F» поднимается под плечевым ремнем — именно там, где удален дополнительный грудной ремень. Кажется, будто у руки появился добавочный сустав и она гнется там, где руке гнуться не положено. «Это не есть хорошо», — слышен чей-то комментарий.

«Субъект F» получил удар, соответствующий 12−15g. Это как раз та грань, когда серьезные травмы почти неизбежны. Объем повреждений, полученных жертвой, зависит не только от силы удара, но и от времени воздействия. Да и само ускорение тоже зависит от времени, требуемого на остановку. Если, скажем, машина резко останавливается, врезавшись в стену, в какую-то долю секунды водитель может пройти через перегрузки в 100g. Если у той же машины имеется сминаемый капот (а в наши дни такое средство безопасности уже не редкость), торможение растягивается во времени и пиковая нагрузка достигнет, скажем, всего десятка g. Такой вариант оставляет очень много шансов выжить.

Студенты перекладывают «субъекта F» на носилки и загружают в фургон. В медицинском центре OSU его будут сканировать и просвечивать рентгеновскими лучами. Распечатки, рентгенограммы, а затем и результаты вскрытия покажут все повреждения, вызванные ударом, внеся свою лепту в общий корпус знаний, которые помогут будущим астронавтам не повторить в кресле своего космического корабля судьбу «субъекта F».

Примерно 80 процентов из 20 000 человеческих трупов, которые поступают в распоряжение американских ученых, попадают в анатомические театры и лаборатории. Благодаря им из желтоперых студентов вырастают новые поколения врачей, а хирурги улучшают и развивают технику вскрытия, прежде чем опробовать ее на живых пациентах.

Но что происходит с оставшимися 20 процентами человеческих тел?

Многих просто погребают достойным образом, если из-за тех или иных причин их невозможно использовать в медицинских целях. У других изымают органы для исследований и экспериментов. Кроме того, некоторые музеи естествознания все еще нуждаются в человеческих скелетах, хотя последними уже мало кого удивишь.

Но кое-какие трупы постигает воистину удивительная судьба. Порой им бывает суждено пережить приключения, о которых их обладатели при жизни не могли и мечтать.

Вот лишь некоторые реальные случаи «жизни после смерти», хоть и совсем не такой, о которой вещают с церковных кафедр проповедники.

Выставочные экспонаты

Те, кто желают стать после смерти звездами среди музейных экспонатов, могут завещать свои тела выставке Body Worlds (Миры Тела), уже в течение многих лет странствующей по странам всего мира.

Человеческие трупы сперва обрабатываются с помощью техники пластинации, при которой кровь заменяется полимерным составом. Пластик затем твердеет, и забальзамированное таким образом тело можно поместить в любую позу.

На выставке можно увидеть трупы без кожи, играющие в баскетбол и покер, делающие гимнастические упражнения и даже имитирующие половой акт.

Краш-тесты на трупах

В течение последних 60 лет ученые регулярно использовали человеческие трупы в краш-тестах автомобилей. Разумеется, рекламные ролики не лгут: в тех же целях используются и специальные манекены, однако далеко не всегда.

Дело в том, что манекен может вам лишь «поведать» о силе удара  при столкновении. Чтобы узнать, какие именно травмы при этом будут нанесены живому человеческому организму – синяки, царапины, переломы или рваные раны – лучше  использовать хорошо сохранившийся труп.

По подсчетам экспертов, использование человеческих тел в краш-тестах ежегодно спасает жизнь в среднем 8500 людям.

Последние киногерои

Такое трудно себе представить, но иногда в фильмах действительно используются человеческие трупы. Например, в известном голливудском ужастике «Полтергейст» 1982 года женщину, в одной из сцен упавшую в бассейн, атакуют человеческие скелеты.

Как признавались, создатели картины, купить настоящие скелеты было значительно дешевле, нежели создавать реквизиты самим, из пластиковых деталей.

Распятие пост-мортем

Пьер Барбе работал главным хирургом в парижском госпитале Сен-Жозеф. Поэтому никто из сотрудников не решился возражать, когда врач решил из чистого любопытства распять невостребованный труп пожилого человека.

Дело в том, что Барбе увлекся идеей доказать аутентичность знаменитой Туринской плащаницы, которой якобы обернули уже мертвого Иисуса Христа. При этом на материи остались четкие отпечатки человеческого тела.

В особенности врача интересовали следы крови, вытекшие из правой руки Назаретянина. Распиная старческий труп на кустарном кресте снова и снова, Барбе на основе следов на древнем саване пытался выяснить точное расположение Иисуса на кресте.

Зачем мертвецу пенис?

Да-да, вы не ослышались. В течение последних двадцати лет люди в белых халатах во имя науки подвергают садистским испытаниям мужские половые органы. К счастью, их обладатели этого уже не увидят и не почувствуют. 

Например, в артерии гениталий могут впрыснуть жидкий латекс, чтобы лучше исследовать кровоток. А в 2005 году некоторым «счастливчикам» даже удалось обеспечить посмертную эрекцию.

Источники:

https://www.popmech.ru/technologies/11209-trup-v-kosmicheskoy-kapsule-biomekhanika/

https://naked-science.ru/article/nakedscience/strange-uses-for-cadavers

Одним из значительных изобретений XX века по праву считается изобретение транзистора, пришедшего на замену электронным лампам.

Долгое время лампы были единственным активным компонентом всех радиоэлектронных устройств, хотя и имели множество недостатков. Прежде всего, это большая потребляемая мощность, большие габариты, малый срок службы и малая механическая прочность. Эти недостатки все острее ощущались по мере усовершенствования и усложнения электронной аппаратуры.

Революционный переворот в радиотехнике произошел, когда на смену устаревшим лампам пришли полупроводниковые усилительные приборы – транзисторы, лишенные всех упомянутых недостатков.

Рождение твердотельной электроники можно отнести к 1833 году. Именно тогда Майкл Фарадей, экспериментируя с сульфидом серебра, обнаружил, что проводимость данного вещества (а это был, как мы теперь называем, полупроводник) растет с повышением температуры, в противоположность проводимости металлов, которая в данном случае уменьшается. Почему так происходит? С чем это связано? На эти вопросы Фарадей ответить не смог.

Тонкий металлический проводник, с помощью которого осуществлялся контакт с поверхностью кристалла, внешне очень напоминал кошачий ус.

Кристаллический детектор Пикарда так и стали называть —кошачий ус.

Чтобы вдохнуть жизнь в детектор Пикарда и заставить его устойчиво работать, требовалось найти наиболее чувствительную точку на поверхности кристалла. Сделать это было непросто. На свет появляется множество хитроумных конструкций кошачего уса облегчающих поиск заветной точки, но стремительный выход на авансцену радиотехники электронных ламп надолго отправляет детектор Пикарда за кулисы.

И все же кошачий ус намного проще и меньше вакуумных диодов, к тому же намного эффективнее на высоких частотах. А что если заменить вакуумный триод, на котором была основана вся радиоэлектроника того времени, на полупроводник? Возможно ли это? В начале ХХ века подобный вопрос не давал покоя многим ученым.

Советская Россия. 1918 год. По личному распоряжению Ленина в Нижнем Новгороде создается радиотехническая лаборатория. Новая власть остро нуждается в беспроволочной телеграфной связи. К работе в лаборатории привлекаются лучшие радиоинженеры того времени — М. А. Бонч-Бруевич, В. П. Вологдин, В. К. Лебединский, В. В. Татаринов и многие другие. Приезжает в Нижний Новгород и Олег Лосев.

После окончания Тверского реального училища в 1920 году и неудачного поступления в Московский институт связи Лосев согласен на любую работу, только бы приняли в лабораторию. Его берут посыльным. Общежития посыльным не полагается.

17-летний Лосев готов жить в помещении лаборатории, на лестничной площадке перед чердаком, только бы заниматься любимым делом.

С раннего возраста он страстно увлекался радиосвязью. В годы Первой мировой войны в Твери была построена радиоприемная станция. В ее задачи входило принимать сообщения от союзников России по Антанте и далее по телеграфу передавать их в Петроград. Лосев часто бывал на радиостанции, знал многих сотрудников, помогал им и не мыслил свою дальнейшую жизнь без радиотехники. В Нижнем Новгороде у него не было ни семьи, ни нормального быта, но было главное — возможность общаться со специалистами в области радиосвязи, перенимать их опыт и знания. После выполнения необходимых работ в лаборатории ему разрешали заниматься самостоятельным экспериментированием.

В то время интерес к кристаллическим детекторам практически отсутствовал. В лаборатории никто особо не занимался этой темой. Приоритет в исследованиях был отдан радиолампам. Лосеву очень хотелось работать самостоятельно. Перспектива получить ограниченный участок работы по лампам его никак не вдохновляет. Может быть, именно по этой причине он выбирает для своих исследований кристаллический детектор. Его цель — усовершенствовать детектор, сделать его более чувствительным и стабильным в работе. Приступая к экспериментам, Лосев ошибочно предполагал, что в связи с тем, что некоторые контакты между металлом и кристаллом не подчиняются закону Ома, то вполне вероятно, что в колебательном контуре, подключенном к такому контакту, могут возникнуть незатухающие колебания.

В то время уже было известно, что для самовозбуждения одной лишь нелинейности вольтамперной характеристики недостаточно, должен обязательно присутствовать падающий участок. Любой грамотный специалист не стал бы ожидать усиления от детектора. Но вчерашний школьник ничего этого не знает. Он меняет кристаллы, материал иглы, аккуратно фиксирует получаемые результаты и в один прекрасный день обнаруживает искомые активные точки у кристаллов, которые обеспечивают генерацию высокочастотных сигналов.

Все с детства знают, что то-то и то-то невозможно, но всегда находится невежда, который этого не знает, он-то и делает открытие — шутил Эйнштейн.

Свои первые исследования генераторных кристаллов Лосев производил на простейшей схеме.

Испытав большое количество кристаллических детекторов, Лосев выяснил, что лучше всего генерируют колебания кристаллы цинкита, подвергнутые специальной обработке. Для получения качественных материалов он разрабатывает технологию приготовления цинкита методом сплавливания в электрической дуге естественных кристаллов. При паре цинкит — угольное острие, при подаче напряжения в10 В получался радиосигнал с длиной волны 68 м. При снижении генерации реализуется усилительный режим детектора.

Первыми изобретенными транзисторами, как ни странно, были полевые. Австро-венгерский физик Юлий Эдгар Лилиенфельд в 1928 году запатентовал принцип работы полевого транзистора, который основан на электростатическом эффекте поля. Полевые транзисторы намного опередили биполярные, может быть из-за более простого принципа их работы. Сам полевой транзистор был запатентован в 1934 году немецким физиком Оскаром Хейлом.

Первый работоспособный транзистор появился на свет в 1947 году, благодаря стараниям сотрудников американской фирмы Bell Telephone Laboratories. Их имена теперь известны всему миру. Это ученые – физики У. Шокли, Д. Бардин и У. Брайтен. Уже в 1956 году за это изобретение все трое были удостоены нобелевской премии по физике.

Но, как и многие великие изобретения, транзистор был замечен не сразу. Лишь в одной из американских газет было упомянуто, что фирма Bell Telephone Laboratories продемонстрировала созданный ею прибор под названием транзистор. Там же было сказано, что его можно использовать в некоторых областях электротехники вместо электронных ламп.

Показанный транзистор имел форму маленького металлического цилиндрика длиной 13 мм и демонстрировался в приемнике, не имевшем электронных ламп. Ко всему прочему, фирма уверяла, что прибор может использоваться не только для усиления, но и для генерации или преобразования электрического сигнала.

Но возможности транзистора, как, впрочем, и многих других великих открытий, были поняты и оценены не сразу. Чтобы вызвать интерес к новому прибору, фирма Bell усиленно рекламировала его на семинарах и в статьях, и предоставляла всем желающим лицензии на его производство.

Производители электронных ламп не видели в транзисторе серьезного конкурента, ведь нельзя было так сразу, одним махом, сбросить со счетов тридцатилетнюю историю производства ламп нескольких сотен конструкций, и многомиллионные денежные вложения в их развитие и производство. Поэтому транзистор вошел в электронику не так быстро, поскольку эпоха электронных ламп еще продолжалась.

Первые шаги к полупроводникам

С давних времен в электротехнике использовались в основном два вида материалов – проводники и диэлектрики (изоляторы). Способностью проводить ток обладают металлы, растворы солей, некоторые газы. Эта способность обусловлена наличием в проводниках свободных носителей заряда – электронов. В проводниках электроны достаточно легко отрываются от атома, но для передачи электрической энергии наиболее пригодны те металлы, которые обладают низким сопротивлением (медь, алюминий, серебро, золото).

К изоляторам относятся вещества с высоким сопротивлением, у них электроны очень крепко связаны с атомом. Это фарфор, стекло, резина, керамика, пластик. Поэтому свободных зарядов в этих веществах нет, а значит нет и электрического тока.

Здесь уместно вспомнить формулировку из учебников физики, что электрический ток это есть направленное движение электрически заряженных частиц под действием электрического поля. В изоляторах двигаться под действием электрического поля просто нечему.

Однако, в процессе исследования электрических явлений в различных материалах некоторым исследователям удавалось «нащупать» полупроводниковые эффекты. Например, первый кристаллический детектор (диод) создал в 1874 году немецкий физик Карл Фердинанд Браун на основе контакта свинца и пирита. (Пирит – железный колчедан, при ударе о кресало высекается искра, отчего и получил название от греческого «пир» - огонь). Позднее этот детектор с успехом заменил когерер в первых приемниках, что значительно повысило их чувствительность.

В 1907 году Беддекер, исследуя проводимость йодистой меди обнаружил, что ее проводимость возрастает в 24 раза при наличии примеси йода, хотя сам йод проводником не является. Но все это были случайные открытия, которым не могли дать научного обоснования. Систематическое изучение полупроводников началось лишь в 1920 - 1930 годы.

Большой вклад в изучение полупроводников внес советский ученый сотрудник знаменитой Нижегородской радиолаборатории О.В. Лосев. Он вошел в историю в первую очередь как изобретатель кристадина (генератор колебаний и усилитель на основе диода) и светодиода.

На заре производства транзисторов основным полупроводником являлся германий (Ge). В плане энергозатрат он весьма экономичен, напряжение отпирания его pn – перехода составляет всего 0,1…0,3В, но вот многие параметры нестабильны, поэтому на замену ему пришел кремний (Si).

Температура, при которой работоспособны германиевые транзисторы не более 60 градусов, в то время, как кремниевые транзисторы могут продолжать работать при 150. Кремний, как полупроводник, превосходит германий и по другим свойствам, прежде всего по частотным.

Кроме того, запасы кремния в природе очень большие, а технология его очистки и обработки проще и дешевле, нежели редкого в природе элемента германия. Первый кремниевый транзистор появился вскоре после первого германиевого - в 1954 году. Это событие даже повлекло за собой новое название «кремниевый век», не надо путать с каменным!

Поначалу при производстве транзисторов лишь каждый пятый получался не бракованным, но технология быстро развивалась. Уже в 1953 году вышел первый транзисторный слуховой аппарат, который ознаменовал начало коммерческого применения нового радиоэлемента. Через год в продажу поступил транзисторный радиоприемник.

В 1956 году Джон Бардин, Уильям Шокли и Уолтер Брайтейн были удостоены нобелевской премии за свое открытие. В 1958 году, когда пара транзисторов была помещена на один кремниевый кристалл, в мире появилась первая интегральная схема. Сегодня на одном кристалле их помещается более миллиарда.

С изобретением транзистора маховик научно-технического прогресса был запущен с новой силой. В 1960 году Sony выпустила портативный телевизор. В 1971 появился карманный калькулятор. В 1983 году с изобретением мобильного телефона началась эра мобильной связи.

Микропроцессоры и полупроводники. Закат «кремниевого века»

Вы никогда не задумывались над тем, почему в последнее время практически все компьютеры стали многоядерными? Термины двухъядерный или четырехъядерный у всех на слуху. Дело в том, что увеличение производительности микропроцессоров методом повышения тактовой частоты, и увеличения количества транзисторов в одном корпусе, для кремниевых структур практически приблизилось к пределу.

Увеличение количества полупроводников в одном корпусе достигается за счет уменьшения их физических размеров. В 2011 году фирма INTEL уже разработала 32 нм техпроцесс, при котором длина канала транзистора всего 20 нм. Однако, такое уменьшение не приносит ощутимого прироста тактовой частоты, как это было вплоть до 90 нм технологий. Совершенно очевидно, что пора переходить на что-то принципиально новое.

Графен – полупроводник будущего

В 2004 году учеными–физиками был открыт новый полупроводниковый материал графен. Этот основной претендент на замену кремнию также является материалом углеродной группы. На его основе создается транзистор, работающий в трех разных режимах.

По сравнению с существующими технологиями это позволит ровно в три раза сократить количество транзисторов в одном корпусе. Кроме того, по мнению ученых рабочие частоты нового полупроводникового материала могут достигать до 1000 ГГц. Параметры, конечно, очень заманчивые, но пока новый полупроводник находится на стадии разработки и изучения, а кремний до сих пор остается рабочей лошадкой. Его век еще не закончился.

Источники:

http://scsiexplorer.com.ua/index.php/istoria-otkritiy/601-istorija-tranzistora.html

http://electrik.info/main/fakty/622-istoriya-tranzistorov.html

http://www.kit-e.ru/articles/elcomp/2006_9_198.php 

Квантовая точка — фрагмент проводника или полупроводника, носители заряда (электроны или дырки) которого ограничены в пространстве по всем трём измерениям. Размер квантовой точки должен быть настолько мал, чтобы квантовые эффекты были существенными. Это достигается, если кинетическая энергия электрона заметно больше всех других энергетических масштабов: в первую очередь больше температуры, выраженной в энергетических единицах. Квантовые точки были впервые синтезированы в начале 1980-х годов Алексеем Екимовым в стеклянной матрице и Луи Е. Брусом в коллоидных растворах. Термин «квантовая точка» был предложен Марком Ридом.

Энергетический спектр квантовой точки дискретен, а расстояние между стационарными уровнями энергии носителя заряда зависит от размера самой квантовой точки как — ħ/(2md^2 ), где:

ħ — приведённая постоянная Планка;

d — характерный размер точки;

m — эффективная масса электрона на точке

Если же говорить простым языком то квантовая точка — это полупроводник, электрические характеристики которого зависят от его размера и формы.

Например, при переходе электрона на энергетический уровень ниже, испускается фотон; так как можно регулировать размер квантовой точки, то можно и изменять энергию испускаемого фотона, а значит, изменять цвет испускаемого квантовой точкой света.

Типы квантовых точек

Различают два типа:

эпитаксиальные квантовые точки;

коллоидные квантовые точки.

По сути они названы так по методам их получения. Подробно говорить о них не буду в силу большого количества химических терминов. Добавлю только, что при помощи коллоидного синтеза можно получать нанокристаллы, покрытые слоем адсорбированных поверхностно-активных молекул. Таким образом, они растворимы в органических растворителях, после модификации — также в полярных растворителях.

Конструкция квантовых точек

Обычно квантовой точкой является кристалл полупроводника, в котором реализуются квантовые эффекты. Электрон в таком кристалле чувствует себя как в трех мерной потенциальной яме и имеет много стационарных уровней энергии. Соответственно при переходе с одного уровня на другой квантовой точкой может излучать фотон. При всем при этом переходами легко управлять меняя размеры кристалла. Возможно также перекинуть электрон на высокий энергетический уровень и получать излучение от перехода между более низколежащими уровнями и как следствия получаем люминесценцию. Собственно, именно наблюдение данного явления и послужило первым наблюдением квантовых точек.

Теперь о дисплеях

История полноценных дисплеев началась в феврале 2011 года, когда Samsung Electronics представили разработки полноцветного дисплея на основе квантовых точек QLED. Это был 4-х дюймовый дисплей управляемый активной матрицей, т.е. каждый цветной пиксель с квантовой точкой может включаться и выключаться тонкоплёночным транзистором.

Для создания прототипа на кремневую плату наносят слой раствора квантовых точек и напыляется растворитель. После чего в слой квантовых точек запрессовывается резиновый штамп с гребенчатой поверхностью, отделяется и штампуется на стекло или гибкий пластик. Так осуществляется нанесение полосок квантовых точек на подложку. В цветных дисплеях каждый пиксель содержит красный, зелёный или синий субпиксель. Соответственно эти цвета используются с разной интенсивностью для получения как можно большего количества оттенков.

Следующим шагом в развитии стала публикация статьи ученными из Индийского Института Науки в Бангалоре. Где было описаны квантовые точки которые люминесцируют не только оранжевым цветом, но и в диапазоне от темно-зеленого до красного.

Чем ЖК хуже?

Основное отличие QLED-дисплея от ЖК состоит в том, что вторые способны охватить только 20-30% цветового диапазона. Так же в телевизорах QLED отпадает необходимость в использовании слоя с светофильтрами, так как кристаллы при подаче на них напряжения излучают свет всегда с четко определенной длиной волны и как результат с одинаковым цветовым значением.

Жидкокристаллические дисплеи состоят из 5 слоев: источником является белый свет, излучаемый светодиодами, который проходит через несколько поляризационных фильтров. Фильтры, расположенные спереди и сзади, в совокупности с жидкими кристаллами управляют проходящим световым потоком, понижая или повышая его яркость. Это происходит благодаря транзисторам пикселей, влияющие на количество света, проходимое через светофильтры (красный, зеленый, синий).

Сформированный цвет этих трех субпикселей, на которые наложены фильтры, дает определенное цветовое значение пикселя. Смешение цветов происходит довольно «гладко», но получить таким образом чистый красный, зеленый или синий попросту невозможно. Камнем преткновения выступают фильтры, которые пропускают не одну волну определенной длины, а целый ряд различных по длине волн. К примеру, через красный светофильтр проходит также оранжевый свет.

Стоит отметь что область применения квантовых точек не ограничивается только LED — мониторами, помимо всего прочего они могут применяться, в полевых транзисторах, фотоэлементах, лазерных диодах, так же проходят исследование возможности применение их в медицине и квантовых вычислениях.

Светодиод излучает свет при подаче на него напряжения. Благодаря этому электроны (e) переходят из материала N-типа в материал P-типа. Материал N-типа содержит атомы с избыточным количеством электронов. В материале P-типа присутствуют атомы, которым не хватает электронов. При попадании в последний избыточных электронов они отдают энергию в виде света. В обычном полупроводниковом кристалле это, как правило, белый свет, образуемый множеством волн различной длины. Причина этого заключается в том, что электроны могут находиться на различных энергетических уровнях. В результате полученные фотоны (P) имеют различную энергию, что выражается в различной длине волн излучения.

Стабилизация света квантовыми точками

В телевизорах QLED в качестве источника света выступают квантовые точки — это кристаллы размером лишь несколько нанометров. При этом необходимость в слое со светофильтрами отпадает, поскольку при подаче на них напряжения кристаллы излучают свет всегда с четко определенной длиной волны, а значит, и цветовым значением. Данный эффект достигается мизерными размерами квантовой точки, в которой электрон, как и в атоме, способен передвигаться лишь в ограниченном пространстве. Как и в атоме, электрон квантовой точки может занимать только строго определенные энергетические уровни. Благодаря тому что эти энергетические уровни зависят в том числе и от материала, появляется возможность целенаправленной настройки оптических свойств квантовых точек. К примеру, для получения красного цвета используют кристаллы из сплава кадмия, цинка и селена (CdZnSe), размеры которых составляют около 10–12 нм. Сплав кадмия и селена подходит для желтого, зеленого и синего цветов, последний можно также получить при использовании нанокристаллов из соединения цинка и серы размером 2–3 нм.

Массовое производство синих кристаллов очень сложное и затратное, поэтому представленный в 2013 году компанией Sony телевизор не является «породистым» QLED-телевизором на основе квантовых точек. В задней части производимых их дисплеев располагается слой синих светодиодов, свет которых проходит через слой красных и зеленых нанокристаллов. В результате они, по сути, заменяют распространенные в настоящее время светофильтры. Благодаря этому цветовой охват в сравнении с обычными ЖК-телевизорами увеличивается на 50%, однако не дотягивает до уровня «чистого» QLED-экрана. Последние помимо более широкого цветового охвата обладают еще одним преимуществом: они позволяют экономить энергию, так как необходимость в слое со светофильтрами отпадает. Благодаря этому передняя часть экрана в QLED-телевизорах еще и получает больше света, чем в обычных телевизорах, которые пропускают лишь около 5% светового потока.

Ученые построили теорию формирования широко распространенного класса квантовых точек, которые получают из содержащих кадмий и селен соединений. В течение 30 лет разработки в этом направлении во многом полагались лишь на метод проб и ошибок. Статья опубликована в журнале Nature Communications.

Квантовые точки — это наноразмерные кристаллические полупроводники с примечательными оптическими и электронными свойствами, благодаря которым они уже нашли применение во многих областях исследований и технологий. Они обладают промежуточными свойствами между объемными полупроводниками и отдельными молекулами. Однако в процессе синтеза этих наночастиц остаются неясные моменты, так как полностью понять, как взаимодействуют реагенты, некоторые из которых высокотоксичны, ученые не смогли.

Тодд Краусс и Ли Френетт из Рочестерского университета собираются изменить эту ситуацию. В частности, они выяснили, что в процессе реакции синтеза появляются токсичные соединения, которые использовали для получения первых квантовых точек 30 лет назад. «По сути дела мы отправились "назад в будущее" благодаря нашему открытию, — поясняет Краусс. — Оказалось, что применяемые сегодня более безопасные реактивы превращаются именно в те самые вещества, использование которых пытались избежать десятилетиями. Они же, в свою очередь, реагируют с образованием квантовых точек».

По словам авторов, открытие обеспечит три важных вещи. Во-первых, оно уменьшит количество догадок при производстве квантовых точек на основе кадмия или селена, что приводило к несоответствиям и невоспроизводимости, мешавшим поиску промышленного применения. Во-вторых, предупредит исследователей и компании, работающие с синтезом квантовых точек в больших объемах, что они по-прежнему имеют дело с такими опасными веществами, как селеноводород и алкил-кадмиевые комплексы, хотя и неявно. В-третьих, прояснит химические свойства фосфинов, применяемых во многих процессах синтеза квантовых точек при высокой температуре.

Источники:

https://mediapure.ru/matchast/kvantovye-tochki-quantum-dot-led-novaya-texnologiya-proizvodstva-displeev/

https://indicator.ru/news/2017/12/19/kvantovye-tochki/?utm_source=indivk&utm_medium=social&utm_campaign=himiki-otpravilis-nazad-v-buduschee--cht

https://habr.com/post/316810/

Оказавшись на необитаемом острове, современный Робинзон мог бы не отказывать себе в удовольствии пользоваться плеером, смартфоном или карманным фонариком при условии, что он умел бы добывать электричество из кокосов и бананов.

Наверняка многие из курса физики помнят или слышали, что из обыкновенного картофеля, и не только из него, можно добыть немного электричества.

Что для этого необходимо, и возможно ли таким способом зажечь маломощный фонарик, светодиодные часы, питающиеся от круглых батареек 1-2Вольт или заставить работать радиоприемник? И, да и нет, давайте разбираться подробнее.

Чтобы понять, что напряжение из картошки это не выдумка, а вполне реальная вещь, достаточно воткнуть в одну единственную картофелину острые щупы от мультиметра и вы тут же увидите на экране несколько милливольт.

Если немного усложнить конструкцию, например с одной стороны в клубень вставить медный электрод или бронзовую монетку, а с другой стороны что-нибудь алюминиевое или оцинкованное, то уровень напряжения существенным образом вырастет.

Сок картофеля содержит в себе растворенные соли и кислоты, которые являются по сути естественным электролитом.

Кстати, с одинаковым успехом можно использовать для этого лимоны, апельсины, яблоки. Таким образом, все эти продукты могут питать не только людей, но и электроприборы.

Внутри таких фруктов и овощей, из-за окисления, с погруженного анода (оцинкованный контакт) будут утекать электроны. А притягиваться они будут к другому контакту — медному. При этом не путайте, электричество здесь образуется не прямо из картошки. Оно хорошо вырабатывается именно благодаря химическим процессам между тремя элементами:

• цинк
• медь
• кислота

И именно цинковый контакт здесь служит как расходка. Все электроны утекают с него. При определенных условиях даже земляная почва может дать электричество. Главное условие — ее кислотность.

Земляная батарейка

Повышенная кислотность почвы — проблема для агрономов, но радость для электротехников. Содержание ионов водорода и алюминия в земле позволяет буквально воткнуть в горшок две палки (как обычно, цинковую и медную) и получить электричество. Наш результат — 0,2 В. Для улучшения результата почву стоит полить.

Важно понимать: электричество вырабатывается не из лимона или картошки. Это вовсе не та энергия химических связей в органических молекулах, которая усваивается нашим организмом в результате потребления пищи. Электроэнергия возникает благодаря химическим реакциям с участием цинка, меди и кислоты, и в нашей батарейке именно гвоздь служит расходным материалом.

Сборка батарейки из картошки

Итак, вот что необходимо для сборки более или менее емкостной батарейки:

Картошка, несколько штук, так как от одной толку будет мало.

Медные, желательно одножильные провода, чем больше сечением, тем лучше.

Оцинкованные и медные гвозди или шурупы (можно использовать просто проволоку).

Гвозди как раз таки и будут играть основную роль в выработке электричества для фонарика, оцинкованные — это минусовой контакт (анод), обмедненные — это плюс (катод).

Если применить вместо оцинкованных простые гвозди, то вы потеряете в напряжении до 40-50%. Но как вариант, работать все равно будет.

То же самое относится и к применению алюминиевой проволоки вместо гвоздей. При этом, увеличение расстояния между электродами в одной картофелине особой роли не играет.

Берете медные провода (моно жилу) сечением 1,5-2,5мм2, длиной 10-15см. Зачищаете их от изоляции и приматываете к гвоздику.

Лучше всего конечно припаять, тогда и потери напряжения будут гораздо меньше.

Один медный гвоздь с одной стороны провода, а оцинкованный с другой.

Далее раскладываете картофелины и последовательно втыкаете в них гвозди. При этом в каждый клубень втыкаются разные гвозди, от разных пар проводов. То есть в каждую картошку у вас должен быть воткнут одни цинковый контакт и один медный.

Соединяются разные клубни между собой, только через гвозди из различных материалов — медь+цинк — медь+цинк и т.д.

Замеры напряжения

Допустим у вас три картохи, и вы соединили их между собой вышеописанным образом. Чтобы узнать какое же напряжение получилось, воспользуйтесь мультиметром.

Переключаете его в режим измерения ПОСТОЯННОГО напряжения и подключаете измерительные щупы к проводникам крайних картофелин, т.е. к начальному плюсовому контакту (медь) и конечному минусовому (цинк).

Даже на трех картофелинах среднего размера можно получить почти 1,5 Вольта.

Если же по максимуму уменьшить все переходные сопротивления, а для этого:

• в качестве медного электрода использовать не гвоздь, а саму же проволоку, которой собирается схема
• в контактах применить пайку

то всего 4 картошки способны выдать до 12 вольт!

Если ваш дешевый фонарик запитывается от трех пальчиковых батареек, то для успешного его свечения вам понадобится порядка 5 вольт. То есть, картошек при использовании обычных проводов нужно минимум в три раза больше.

Для этого кстати, не обязательно искать дополнительные клубни, достаточно ножом разрезать существующие на несколько частей. После чего проделать с проводками и гвоздиками всю ту же самую процедуру.

В каждый разрезанный клубень последовательно вставить один оцинкованный и один медный гвоздик. В итоге вполне реально получить постоянное напряжение более чем 5,5В.

А можно ли теоретически из одной единственной картошки, получить 5 вольт и при этом добиться того, чтобы вся сборка по размеру была не больше пальчиковой батарейки? Можно и очень легко.

Отрезаете маленькие кусочки сердцевины с картошки, и прокладываете их между плоскими электродами, например монетками из разного металла (бронза, цинк, алюминий).

В итоге у вас должно получится что-то наподобие сэндвича. Даже один кусочек такой сборки способен давать до 0,5В!

А если собрать их несколько штук вместе, то требуемое значение до 5В легко получится на выходе.

Сила тока

Казалось бы все, цель достигнута, и осталось только найти способ подключить проводки к контактам питания фонарика или светодиодов.

Однако проделав такую процедуру и собрав не слабую конструкцию из нескольких картох, вы будете очень сильно разочарованы итоговым результатом.

Маломощные светодиоды конечно будут светиться, как-никак напряжение вы все-таки получили. Однако уровень яркости их свечения будет катастрофически тусклым. Почему так происходит?

Потому что, к сожалению, такой гальванический элемент дает ничтожно низкий ток. Он будет настольно малым, что даже не все мультиметры способны его замерить.

Кто-то подумает, раз не хватает тока, нужно добавить еще побольше картошки и все получится.

Безусловно, существенное увеличение клубней позволит поднять рабочее напряжение.

При последовательном соединении десятков и сотен картошек, увеличится напряжение, но не будет самого главного — достаточной емкости для увеличения силы тока.

Да и конструкция вся эта не будет рационально пригодной.

Практичный способ с варенной картошкой

Но все-таки, есть ли простой способ, как повысить мощность такой батарейки и уменьшить габариты? Да, есть.

Например, если для этой цели использовать не сырую, а варенную картошку, то мощность такого источника электричества увеличивается в несколько раз!

Чтобы собрать удобную компактную конструкцию, воспользуйтесь корпусом от старой батарейки формата С (R14) или D(R20).

Удаляете все содержимое внутри (естественно, кроме графитового стержня).

Вместо начинки все пространство заполняете варенной картошкой.

После чего собираете конструкцию батарейки в обратном порядке.

Цинковая часть корпуса старой батарейки, здесь играет существенную роль.

Общая площадь внутренних стенок получается гораздо большей, чем просто воткнутые гвоздики в сырую картоху.

Отсюда и большая мощность и КПД.

Один такой источник питания будет легко выдавать почти 1,5 вольта, также как и маленькая пальчиковая батарейка.

Но самое главное для нас это не вольты, а миллиамперы. Так вот, такая «вареная» модернизация, способна обеспечить ток до 80мА.

Такими батарейками можно запитать приемник или электронные светодиодные часы.

Причем вся сборка проработает уже не секунды, а несколько минут (до десяти). Больше батареек и картохи, больше автономного времени работы.

Лимонная батарейка

Уксусная батарейка. Формочка для льда поможет сконструировать многоэлементную батарею с уксусом в качестве электролита. Используйте оцинкованные шурупы и медную проволоку в роли электродов. Заправив батарею уксусом и подключив к ней светодиодную лампу, попробуйте постепенно засыпать и размешивать поваренную соль в ячейках: яркость свечения будет расти на глазах.

Сочные фрукты, молодой картофель и другие пищевые продукты могут служить питанием не только для людей, но и для электроприборов. Чтобы добыть из них электричество, понадобятся оцинкованный гвоздь или шуруп (то есть практически любой гвоздь или шуруп) и отрезок медной проволоки. Чтобы зафиксировать присутствие электричества, нам пригодится бытовой мультиметр, а более наглядно продемонстрировать успех поможет светодиодный светильник или даже вентилятор, рассчитанные на питание от батареек.

Разомните лимон в руках, чтобы разрушить внутренние перегородки, но не повредите кожуру. Воткните гвоздь (шуруп) и медную проволоку так, чтобы электроды располагались как можно ближе друг к другу, но не соприкасались. Чем ближе будут находиться электроды, тем меньше вероятность, что они окажутся разделены перегородкой внутри фрукта. В свою очередь, чем лучше ионный обмен между электродами внутри батарейки, тем больше ее мощность.

Суть опыта в том, чтобы поместить медный и цинковый электроды в кислую среду, будь то лимон или ванночка с уксусом. Гвоздь послужит нам отрицательным электродом, или анодом. Медную проволоку назначим положительным электродом, или катодом.

В кислой среде на поверхности анода протекает реакция окисления, в процессе которой выделяются свободные электроны. С каждого атома цинка уходит два электрона. Медь — сильный окислитель, и она может притягивать электроны, освобожденные цинком. Если замкнуть электрическую цепь (подключить к импровизированной батарейке лампочку или мультиметр), электроны потекут от анода к катоду через нее, то есть в цепи возникнет электричество.

Источник:

https://www.popmech.ru/diy/173261-dobyvaem-elektrichestvo-iz-limona-kartofelya-i-uksusa/

https://svetosmotr.ru/kak-sdelat-batarejku-iz-kartoshki/ 

Голодание способствует регенерации стволовых клеток. К такому выводу пришли биологи из Массачусетского технологического института.

Ученые провели эксперимент над мышами. Грызунов не кормили в течение суток, после чего из их кишечников были взяты стволовые клетки. Позже извлеченные клетки исследователи вырастили искусственным способом.

В результате ученые выяснили, что после 24-часового голодания в клетках изменился энергетический обмен веществ: они начинали расщеплять жирные кислоты вместо глюкозы, что простимулировало процесс появления новых клеток, а процесс омоложения ускорился вдвое.

«Пост имеет множество эффектов в кишечнике, которые включают в себя повышение регенерации, а также потенциальное использование любого типа недугов, поражающих кишечник, таких как инфекции или раковые заболевания», — цитирует Medical Press одного из авторов исследования биолога Омера Йилмаза.

Ученые рассчитывают, что открытие способствует продвижению в терапевтическом лечении разработки препарата для людей, страдающих от инфекций ЖКТ, и онкобольным, прошедшим химиотерапию.

На рубеже XXI века журналы Science, Nature, PNAS в топ-10 главных открытий мира 4 позиции отдали стволовым клеткам. Это не удивительно - жизнь берется из стволовых клеток и напрямую от них зависит.

Стволовые клетки - недифференцированные (незрелые) клетки, имеющиеся у многих видов многоклеточных организмов. В организме человека всего существует больше 240 типов клеток, все они потомки одной стволовой клетки - зиготы, которая образуется сразу после оплодотворения.

Сам термин «стволовая клетка» появился в 1908 году. Честь открытия принадлежит российскому ученому Александру Максимову. Он написал: «Родоначальницей всех элементов крови является специальная кроветворная клетка, которую можно назвать стволовой».

Задача стволовых клеток - постоянное обновление организма. По сути, мы живы до тех пор, пока у нас есть пул самообновляющихся стволовых клеток. Если иссякает пул клеток волосяного фоликула, наступает облысение. Если исчезает пул клеток лангерганца, синтезирующих инсулин, то возникает диабет первого типа. И так далее. Раньше ученые считали, что стволовые клетки есть только в пуповинной крови, однако в последнее время было доказано, что стволовые клетки есть практически во всех органах. Даже в мозге. Расширение знаний о стволовых клетках позволило разобраться с заблуждением о том, что нервные клетки не восстанавливаются. Они восстанавливаются, но не за счет нейронов, поскольку они не могут делиться, а за счет стволовых клеток, которые сохраняются в мозгу у взрослого человека.

Лекарство из стволовых клеток своими руками

Считается, что стволовые клетки, взятые у растений, гораздо менее опасны, чем взятые у человека или животных, так как они несут меньше генетической информации и не оказывают такого мощного, а главное, непредсказуемого воздействия. Однако и они, особенно при введении их с помощью инъекций, способны вызвать нежелательные последствия. Но наружное применение, по мнению сотрудника МГУ им. Ломоносова Е. Родимина, идет только во благо. Он даже предлагает рецепт, как сделать в домашних условиях крем, стволовые клетки в котором будут выполнять работу по улучшению состояния кожи лица.

Сырьем могут служить почки и молодые виноградные побеги, но лучше всего нарезать с виноградных кустов черенки и нарастить у них каллус. Для этого веточки ставятся в воду на сутки-двое, после чего вынимаются, заворачиваются в смоченную водой ветошь (можно в мокрую газету), потом в целлофановый кулек, и кладутся в теплое место. Появившийся каллус нужно отделить, просушить и перемолоть. Далее ложку без горки (столовую) залить стопкой (100 гр) водки и настаивать 7 дней. Почки и ростки винограда нужно сложить в тару и тоже залить водкой. Полученный настой добавить в готовый нежирный крем, например, алоэ вера и тщательно перемешать. Принимать средство можно и вовнутрь, добавляя по несколько капель в чаи, соки.

Отзывы специалистов

Огромный ажиотаж вызывают во всем мире стволовые клетки. Отзывы медиков об их использовании весьма противоречивы. Положительные результаты: -ученые из Гарварда открыли способ получения индуцированных плюрипотентных СК, которые учитывают индивидуальные особенности организмов; - японские исследователи из СК вырастили, оплодотворили яйцеклетки мышей и получили здоровый приплод; - в институте Киото вырастили из СК ткани половых клеток, почек и надпочечников; - в Маастрихтском университете создали из СК коров годное к употреблению мясо. Отрицательные результаты: - независимые исследования ученых США и Испании установили, что и ЭСК, и ПСК при длительном нахождении вне своей среды перед введением в организм больного, вызывают злокачественные опухоли; - датские ученые открыли, что после 60 делений в СК начинает вырабатываться теломераза, преобразовывающая эти клетки в раковые; - немецкий профессор Штарк уверен, что лечение мужской потенции стволовыми клетками – это шарлатанство, так как ни один эксперимент такого эффекта не показал. Вывод: стволовые клетки хранят сотни тайн, и пока лечение ими сродни переливанию крови до того, как было открыто, что она есть нескольких групп. В скором будущем, возможно, стволовые клетки станут волшебным лекарством «от всего». Для этого и работают с ними ученые всего мира.

Источники:

https://iz.ru/739587/2018-05-05/uchenye-rasskazali-o-vliianii-golodaniia-na-starenie

http://fb.ru/article/285435/stvolovyie-kletki---chto-eto-takoe-ih-vliyanie-na-organizm

http://nlo-mir.ru/chudesa-nauki/47746-o-stvolovyh-kletkah.html 

К концу года майнеры биткоинов сравнятся с Австрией по энергопотреблению? Затраты электричества на поддержание платежной системы биткоина к концу года могут достигнуть 0,5% от всей мировой электроэнергии, то есть столько же, сколько сегодня потребляет Австрия. К такому выводу пришел специалист по криптовалюте, изучив динамику растущих энергозатрат, обеспечивающих работу платформы. Результаты исследования опубликованы в журнале Joule.

Компьютеры, подключенные к системе биткоина, непрерывно производят вычисления. Каждые десять минут один из них «выигрывает» право создать следующий блок транзакций, за это его владелец получает 12,5 биткоинов (это и называется майнингом криптовалюты). Однако все подключенные к сети компьютеры продолжают генерировать числа и потреблять энергию, независимо от того, какой компьютер осуществляет транзакции. Причем с повышением вычислительной мощности компьютера у его владельца оказывается больше шансов на «выигрыш», поэтому майнеры стараются увеличивать мощность компьютера. Как следствие увеличиваются и затраты электроэнергии.

Согласно оценке автора работы Алекса де Вриса, сотрудника консалтинговой компании PricewaterhouseCoopers и специалиста по блокчейну, на поддержание криптовалюты сейчас уходит как минимум 2,55 гигаватт — почти столько же сколько потребляет, например, Ирландия. На проведение только одной транзакции требуется столько же энергии, сколько расходует в месяц средняя семья в Нидерландах. При сохранении текущей цены за биткоин к концу года сеть будет использовать 7,7 гигаватт — это 0,5% всей электроэнергии, вырабатываемой в мире. Если стоимость биткоина продолжит расти, то, по оценкам автора, на поддержание криптовалюты будет уходит до 5% процентов мировой электроэнергии.

Считается, что рано или поздно майнинг биткоина достигнет определенной точки равновесия — цена за криптовалюту станет равна затратам на его производство. Более ранние исследования не учитывали, однако, что помимо электроэнергии часть затрат идет на разработку и поддержание программного обеспечения. В новой работе автор впервые учел и этот аспект. В дальнейшем исследователь планирует усовершенствовать метод и, возможно, получить более точные результаты.

«Мы видим большое количество очень грубых подсчетов, но для того, чтобы реально оценить, насколько увеличатся энергозатраты, необходим более научный подход. Информация, которая у нас есть сейчас, не отличается качеством, так что я надеюсь, что эта работа станет опорной точкой для новых исследований» — рассказал де Врис.

Расход электроэнергии на майнинг слишком преувеличен?

По данным Digiconomist, на добычу биткойна в настоящее время уходит 30 ТВт*ч электроэнергии в год. Если такие темпы сохранятся, то к февралю 2020 года потребление майнинговых ферм составит уже 100% от общемирового производства электроэнергии. Многие аналитики, однако, сомневаются, что такой парадокс в принципе возможен.

По подсчетам британской компании Power Compare, майнинг биткойна требует уже больше электричества, чем потребление электроэнергии такими странами, как Ирландия, Исландия или Нигерия. В рейтинге стран-потребителей электричества майнеры всего мира смогли бы занять 61-ю строчку между Болгарией и Марокко. Эксперт из Стэнфордского университета Джонатан Куми, впрочем, считает, что потребление электроэнергии майнерами преувеличено.

Специалист по энергопотреблению, Куми, сравнивает беспокойство по поводу майнинга с тревогами по поводу развития интернета в середине 1990-х. Тогда аналитики в 8 раз преувеличили долю интернета в энергопотреблении США. Из-за этих прогнозов многие компании стали увеличивать энергомощности, которые в будущем им не пригодились.

Аналитики Power Compare построили свои прогнозы на Индексе энергопотребления биткойна от Digiconomist. Куми подчеркивает, что индекс базируется на методе расчета, точность которого ничем не подкреплена. Digiconomist делает свои выводы на основе сведений о доходах и расходах майнеров, и как считает исследователь, этот подход ни один энергетик не сочтет достоверным.

Однако, в отличие от интернета, майнинг действительно потребляет очень большие объемы электроэнергии. Не зря же крупные майнинговые фермы открываются исключительно в тех регионах, энергобаланс которых избыточен, и где электричество стоит дешево. При этом пока не существует надежного способа для оценки энергозатрат на майнинг. Чтобы правильно провести расчеты, потребуются достоверные данные из дата-центров, полученные от самих майнеров. Но таких данных у аналитиков нет.

Сам создатель индекса Digiconomist Алекс де Ври считает свой метод оценки вполне надежным. В интервью CNBC он обратил внимание, что даже в идеальных условиях с использованием самого современного оборудования майнеры сейчас расходовали бы 13-14 ТВт*ч в год. Скорее же всего, расход энергии гораздо больше — 30 ТВт*ч в год, по подсчетам Digiconomist. Де Ври, впрочем, признал, что достоверно подтвердить эти цифры нельзя, потому что система майнинга — это «черный ящик».

Некоторые майнинговые компании используют возобновляемые источники для добычи электроэнергии. Так, стартап HydroMiner получает электричество от гидроэлектростанции. При этом компания платит всего 4-6 центов за КВт*ч, а зарабатывает ежемесячно $300 000.

Сколько электричества потребляет майнинг-ферма?

Добыча криптовалют (майнинг) — занятие крайне энергозатратное, потому что суть майнинга заключается в вычислении хеш-функций. Такие вычисления сильно нагружают процессоры, что сопровождается большим потреблением электричества и мощным выделением тепла. Затраты на электроэнергию и охлаждение ферм обязательно должны учитываться при расчёте вложений.

Чтобы понять, сколько электричества потребляет майнинг-ферма, можно взять среднее энергопотребление оборудования и сделать поправку на эффективность блоков питания. О такой поправке часто забывают, но блок питания никогда не работает с КПД в 100%, часть энергии он теряет в виде тепла. Поэтому лучше покупать высококачественные блоки питания вроде APW3++, КПД которых достигает 93%.

Примерные расчёты

Одиночный майнер типа Antminer T9 потребляет до 1690 Вт энергии, с учётом КПД блока питания. Сутки его работы выльются в 40,56 кВт*ч. При цене электроэнергии в 3,5 рубля за киловатт-час, расходы составят 141 рубль 96 копеек в сутки, 4259 рублей в месяц или 51815 рублей в год. При использовании десяти майнеров годовые траты на электричество превысят полмиллиона рублей.

Antminer L3+ считается самым эффективным майнером лайткоина. Он потребляет всего 880 Вт энергии, с учётом потерь блока питания. Суточное потребление составит 21,12 кВт*ч, это 73 рубля 92 копейки. За месяц и год — 2218 рублей и 26981 рубль соответственно. Как видно, затраты могут значительно отличаться в зависимости от оборудования.

Что на больших масштабах?

Промышленный майнинг не обходится десятью или даже сотней ASIC-модулей, здесь счёт идёт на тысячи и десятки тысяч устройств. Например, крупнейшая в России майнинговая ферма насчитывает около 3 тысяч Antminer S9, выдаёт производительность 38 петахешей в секунду, и за месяц потребляет более 3 ГВт электроэнергии. Стандартный месячный счёт за электричество — 6,5 млн рублей.

Такие затраты на электроэнергию майнинга — далеко не предел. Крупнейшие фермы Китая тратят сотни тысяч долларов в месяц, равно как и фермы в США. Однако даже такие расходы несопоставимы с прибылью этих майнинговых ферм.

Как экономить на электричестве для майнинг-фермы?

По состоянию на 2017 год, майнинг биткоина, как самой популярной криптовалюты в мире, в домашних условиях не приносит ожидаемых результатов. Для выхода в плюс нужны десятки, сотни специализированных майнеров. Разумеется, такое оборудование использовать дома или в гараже очень проблематично по ряду причин. Поэтому сейчас и в будущем наиболее разумным решением является покупка оборудования и размещение его в крупных майнинговых фермах. Это не только даёт вам огромную производительность, но и избавляет от забот, связанных с площадью, электроэнергией и охлаждением.

Если вы проживаете в регионе, где затраты на электроэнергию майнинг фермы очень высоки, стоит обратить внимание на Услугу фермы по размещению оборудования для майнинга криптовалют в регионе с самой низкой ценой на электричество. По состоянию на 2017 год таким регионом по прежнему остаётся Иркутская область, где стоимость 1 кВт*ч чуть больше 1 рубля. С учётом усложнения процесса майнинга с каждым годом, получаемый доход с небольшого количества майнеров будет снижаться, а стоимость электроэнергии в вашем регионе может только вырасти. Для получения большей прибыли в процессе майнинга имеет смысл экономить на электричестве!

Источники:

https://hightech.fm/2017/12/22/mining_energy

https://news.rambler.ru/markets/39871829-k-kontsu-goda-maynery-bitkoinov-sravnyatsya-s-avstriey-po-energopotrebleniyu/?updated

http://miningogo.ru/info/skolko-elektrichestva-potreblyaet-mayning-ferma/

Раньше было действительно уникальное время, когда помимо Skype не было ни одного действительно годного мессенджера. Спустя некоторое время появились Viber и WhatsApp, а затем уже и Telegram. После приобретения Skype компанией Microsoft мессенджер стал работать гораздо медленнее. Вероятно, это связано с постепенной интеграцией сервиса в Windows.

Первые проблемы стали появляться ещё 2 года назад. Тогда пользователи долгое время не могли войти в свою учетную запись, поскольку Microsoft не могла интегрировать аккаунты на свои сервера. Многие жалуются на это и по сей день. Что ни день, то новая проблема.

Рейтинги Skype во всем мире рухнули. Сейчас в британском App Store программа оценена в 1 звезду из 5, в российском и американском — 1,5 звезды.

Последнее обновление — самая наспех сделанная вещь, которую я видел за последнее время, — пишет один из рецензентов в App Store. — Структура вообще не похожа на Skype, система чатов — беспорядок, «Моменты» просто кричат «Мы хотим быть такими же успешными, как Snapchat».

«Microsoft радикально переработала Skype, чтобы больше сосредоточиться на обмене сообщениями, и это изменило то, к чему люди привыкли в Skype, — пишет Уоррен. — Вместо того, чтобы исправить недостатки, связанные с уведомлениями и ненадежной синхронизацией, Microsoft закрасила очевидные проблемы новыми функциями, которые позволяют использовать эмодзи в видеозвонках или публиковать «Моменты», очень похожие на Snapchat».

Предлагается объединить запись с учеткой One Drive, потом установить программу для верификации с мобильного. Восстанавливая пароль, он неизвестным образом прикрепляется к одной учетке, ты пытаешься войти в другую – ничего не выходит. Ты ждешь по 5-10 минут СМС с подтверждением, а в это время уже успеваешь забыть пароль.

Раньше в мессенджере был один единственный экран с настройками и один экран с чатами и открытыми диалогами. Теперь же к этому добавили аналог Историй в Instagram, десять вкладок с разными типами чатов и так далее. Запутаться новичку просто не составит труда.

Обрывы. Особенно в Windows 10 это происходит наиболее часто. Вроде бы у вас подключён Интернет и всё работает, а Skype его упорно не хочет видеть. Лично у меня такая проблема происходит несколько раз в день, пришлось устанавливать отдельную версию мессенджера, ибо встроенный просто убит в край.

На серверах Microsoft происходит что-то мистическое, с моей учётной записью чётко раз в неделю происходят какие-то проблемы, как мне говорит Skype. Причём ни уведомлений о подозрительной активности, ничего подобного. Да и все остальные сервисы работают нормально.

Сбои. Об этом даже писало сразу несколько изданий в разные промежутки времени. Например, в июне 2017 года, затем в августе, через МЕСЯЦ! И это были прям-таки глобальные сбои, из-за которых пользователи не могли отправлять или получать большинство сообщений.

Некогда великий и могучий мессенджер превратился в откровенную помойку, работающую через раз. И если раньше меня в нем держала необходимость общения с некоторыми людьми, то сейчас они перешли на другие месенджеры.

Skype испортился окончательно, им стало невозможно пользоваться. Уверен, что у каждого из вас найдётся хотя бы три причины отказаться от него навсегда. Зачем им пользоваться с такой кучей проблем? Есть варианты намного лучше. Вот серьезно.

Вместо того, чтобы исправить недостатки, связанные с уведомлениями и ненадежной синхронизацией, Microsoft закрасила очевидные проблемы новыми функциями, которые позволяют использовать эмодзи в видеовызовах или публиковать «Моменты». — один из отзывов в Play Market

Всеми «любимое» приложение Skype мне никогда особенно не нравилось, я много лет пользовался ICQ на компьютере и на мобильных телефонах: программки на Java были лёгкие, интернет «ели» скромно и позволяли быть онлайн 24/7 — общаться так с друзьями и первыми коллегами было гораздо дешевле и быстрее, чем по СМС или звонкам.

Время шло и из-за навязчивой рекламы люди от ICQ по-немного отказались. Другое дело Skype — сервис рос и позволял групповые чаты, звонки и видеозвонки. Право, они были к тому времени и в ICQ, но момент был потерян, а позиционирование стало неясным. Вместо того, чтобы улучшать свой сервис ICQ занялись… блокировкой своего протокола от сторонних клиентов: теперь QIP и свободные мобильные приложения подключиться к ICQ не могли. Итог плачевный — отток пользователей к Skype за последующие годы стал невероятным, под 90% пользователей. Не спасла ни покупка «Аськи» компанией Mail.ru, ни открытие протокола.

Skype на мобильных для меня стартовал в 2010 году, если не ошибаюсь. Программка была крайне тормозной, не позволяла свободно работать при каком угодно количестве оперативной памяти. Она была одинаково ужасна для всех платформ: держаться постоянно онлайн не могла, сообщения часто терялись при подключении через мобильные протоколы (даже 3G). Но, за неимением лучшего ей начинали пользоваться, ибо мода на смартфоны росла.

Впрочем, век такой несправедливости был не долог: на замену Skype уже скоро появились сторонние клиенты, IM+ Pro (платный и едва ли более стабильный) и IMO im. Второй оказался абсолютно бесплатным, работал быстро даже на стареньком Acer Liquid (первого поколения), но самое главное: он поддерживал самые разные протоколы (включая VK.com, Facebook, ICQ, Skype и даже Steam).

Через 3-4 месяца все, кого я знаю, начали пользоваться им на мобильных, но оставили Skype для компьютеров и ноутбуков. Применение сервиса Skype впервые стало удобным на мобильных устройствах: постоянный онлайн в дороге, мало потерянных сообщений и стабильная работа без необходимости перезапустить вылетающий Skype. Заметьте: я ставлю акцент на том, что люди пользовались не столько IMO, сколько Skype через иное подключение. Они продолжали применять его на компьютерах, а IMO пользовались лишь в дороге.

Дальше в этой истории можно наблюдать чистейшее Дежавю:

Microsoft приобретает Skype, подобно тому, как Mail.ru приобрели ICQ

Приложение Skype для Windows начинает неистово показывать пользователям рекламу, проводить через сеть гораздо больше трафика (что и за какими целями не ясно) и при запуске предлагать купить пакетами звонки на городские номера (которые, право, в наше время массовому пользователю не нужны).

И, финал-апофеоз — закрытие протокола для IMO im. Мессенджер сообщил о том, что начиная с 7 мая 2013 года подключение к серверам Skype стало невозможным и проблема на стороне Skype. Помочь решить её Microsoft отказываются. Это было не простым исчезновением канала «связи с миром» для миллионов пользователей, для меня такой поворот событий — дело личное.

Источники:

https://habrahabr.ru/post/184292/

https://www.iphones.ru/iNotes/780851

Группа американских физиков впервые соединила два отдельных атома в молекулу в полностью контролируемой реакции, осуществленной с помощью лазера. Американские физики разработали способ получения индивидуальных молекул из отдельных атомов щелочных металлов.

Для этого ученые предложили использовать лазерные ловушки, с помощью которых атомы натрия и цезия сталкивались между собой с образованием молекул NaCs в возбужденном энергетическом состоянии. В дальнейшем подобный метод может быть расширен и на другие атомы для получения сложных молекулярных кубитов для квантовых вычислительных систем, пишут ученые в статье в Science.

Чтобы заставить вещества вступать друг с другом в химические реакции, реагенты смешивают; отдельные атомы и молекулы, сближаясь, разрывают старые и (или) образуют новые химические связи. Реакция в смеси проходит благодаря множеству случайностей. Даже если это происходит в лаборатории, в строго определенных условиях, ученые не контролируют взаимодействие отдельных атомов и молекул.

В новом эксперименте специалисты создали связь между двумя атомами, манипулируя ими с помощью лазерного (оптического) пинцета — инструмента, который позволяет с точностью до нескольких нанометров перемещать очень маленькие объекты, в том числе индивидуальные атомы, с помощью быстрых серий лазерных импульсов.

Сначала атомы щелочных металлов, цезия и натрия, охладили до температуры ниже одной десятитысячной градуса, а затем начали толкать их лазерными лучами навстречу друг другу до тех пор, пока лучи не наслоились один на другой. Пульс третьего лазера сообщил обоим атомам энергию, необходимую для образования химической связи; в результате образовалась молекула NaCs.

Такие контролируемые реакции на отдельных атомах и молекулах в будущем позволят ученым изучить физические процессы, ведущие к образованию межатомных связей, а также понять поведение изолированных молекул. Кроме того, с помощью лазерных пинцетов можно будет создавать молекулы с заданными квантовыми свойствами, полагает руководитель исследовательской группы, химик из Гарварда Ни Кан-Куэн (Kang-Kuen Ni). Такие молекулы найдут применение в квантовых компьютерах, где их можно использовать в качестве кубитов, поясняют авторы эксперимента.

 Вероятность образования молекулы в результате столкновения атомов натрия и цезия составила 33 процента. С помощью спектроскопических методов ученые проанализировали энергетические характеристики полученной молекулы, в частности, структуру уровней сверхтонкого спинового расщепления. Оказалось, что в случае успешного столкновения происходит реакция фотоассоциации, при которой образуется молекула NaCs в возбужденном состоянии. Необходимая для этого мощность излучения составила три киловатта на кубический сантиметр. Полученные энергетические характеристики образованной молекулы и вероятности ее образования были подтверждены с помощью численных расчетов из первых принципов с учетом спин-орбитального взаимодействия.

Исследователи отмечают, что предложенная ими технология превосходит по степени контроля альтернативные подходы (сканирующая туннельная микроскопия) и использовать ее можно, в том числе, для проведения реакций с участием большего количества атомов. Полученные при этом молекулы могут оказаться полезными, например, в качестве кубитов — элементов для передачи и хранения информации в квантовых электронных устройствах.

Более традиционные методы для совершения операций с отдельными атомами — сканирующая туннельная или атомно-силовая микроскопия. Например, именно с помощью атомно-силового микроскопа физикам удалось измерить силы, возникающие между различными атомами, и их электроотрицательность.

Ранее российские и французские физики применили лазерный пинцет в манипуляциях с кольцевыми токами в сверхпроводнике: тогда ученые заставили токи (вихри Абрикосова) сложиться в буквы.

Источники:

https://nplus1.ru/news/2018/04/12/single-NaCs-molecule

https://naked-science.ru/article/sci/fiziki-vpervye-soedinili-v-molekulu

Сверхпроводимость — вещь странная и, в некоторой мере, даже противоречащая здравому смыслу. Когда электрический ток течет по обычному проводу, то, в результате наличия у провода электрического сопротивления, ток совершает некую работу, направленную на преодоление этого сопротивления со стороны атомов, в результате чего выделяется тепло. При этом каждое соударение электрона — носителя тока — с атомом тормозит электрон, а сам атом-тормоз при этом разогревается — вот почему спираль электрической плитки становится такой красной и горячей. Всё дело в том, что спираль обладает электрическим сопротивлением, и, вследствие этого, при протекании по ней электрического тока, выделяет тепловую энергию.

В 1911 году нидерландский физик-экспериментатор Хейке Камерлинг Оннес (Heike Kammerlingh Onnes, 1853–1926) сделал удивительное открытие. Погрузив провод в жидкий гелий, температура которого составляла не более 4° выше абсолютного нуля (который, напомним, составляет –273°С по шкале Цельсия или –460°F по шкале Фаренгейта), он выяснил, что при сверхнизких температурах электрическое сопротивление падает практически до нуля. Почему такое происходит, он, собственно, не мог даже и догадываться, но факт оказался налицо. При сверхнизких температурах электроны практически не испытывали сопротивления со стороны атомов кристаллической решетки металла и обеспечивали сверхпроводимость.

Но почему всё так происходит? Это оставалось тайной вплоть до 1957 года, когда еще три физика-экспериментатора — Джон Бардин (John Bardeen, 1908–1991), Леон Купер (Leon Cooper, р. 1930) и Джон Роберт Шриффер (John Robert Schrieffer, р. 1931) придумали объяснение этому эффекту. Теория сверхпроводимости теперь так и называется в их честь «теорией БКШ» — по первым буквам фамилий этих физиков.

А суть ее заключается в том, что при сверхнизких температурах тяжелые атомы металлов практически не колеблются в силу их низкого теплового движения, и их можно считать фактически стационарными. Поскольку любой металл только потому и обладает присущими металлу электропроводящими свойствами, что отпускает электроны внешнего слоя в «свободное плавание» (см. Химические связи), мы имеем, что имеем: ионизированные, положительно заряженные ядра кристаллической решетки и отрицательно заряженные электроны, свободно «плавающие» между ними.

И вот проводник попадает под действие разности электрических потенциалов. Электроны — волей или неволей — движутся, будучи свободными, между положительно заряженными ядрами. Всякий раз, однако, они вяло взаимодействуют с ядрами (и между собой), но тут же «убегают». Однако, в то самое время, пока электроны «проскакивают» между двумя положительно заряженными ядрами, они как бы «отвлекают» их на себя.

В результате, после того как между двумя ядрами «проскочил» электрон, они на недолгое время сближаются. Затем два ядра, конечно же, плавно расходятся, но дело сделано — возник положительный потенциал, и к нему притягиваются всё новые отрицательно заряженные электроны. Тут самое важное — понять: благодаря тому, что один электрон «проскакивает» между атомами, он, тем самым, создает благоприятные энергетические условия для продвижения еще одного электрона. В результате электроны перемещаются внутри атомно-кристаллической структуры парами — по-другому они просто не могут, поскольку это им энергетически не выгодно. Чтобы лучше понять этот эффект можно привлечь аналогию из мира спорта. Велосипедисты на треке нередко используют тактику «драфтинга» (а именно, «висят на хвосте» у соперника) и, тем самым, снижают сопротивление воздуха. То же самое делают и электроны, образуя куперовские пары.

Тут важно понять, что при сверхнизких температурах все электроны образуют куперовские пары. Теперь представьте себе, что каждая такая пара представляет собой связку наподобие вермишели, на каждом конце которой находится заряд-электрон. Теперь представьте себе, что перед вами целая миска подобной «вермишели»: она вся состоит из переплетенных между собой куперовских пар. Иными словами, электроны в сверхпроводящем металле попарно взаимодействуют между собой, и на это уходит вся их энергия. Соответственно, у электронов просто не остается энергии на взаимодействие с ядрами атомов кристаллической решетки. В итоге доходит до того, что электроны замедляются настолько, что им больше нечего терять (энергетически), а окружающие их ядра «остывают» настолько, что они более не способны «тормозить» свободные электроны. В результате электроны начинают перемещаться между атомами металла, практически не теряя энергии в результате соударения с атомами, и электрическое сопротивление сверхпроводника устремляется к нулю. За открытие и объяснение эффекта сверхпроводимости Бардин, Купер и Шриффер в 1972 году получили Нобелевскую премию.

С тех пор прошло немало лет, и сверхпроводимость из разряда явлений уникальных и лабораторно-курьезных превратилась в общепризнанный факт и источник многомиллиардных доходов предприятий электронной индустрии. А дело всё в том, что любой электрический ток возбуждает вокруг себя магнитное поле (см. Закон электромагнитной индукции Фарадея). Поскольку сверхпроводники долгое время проводят ток практически без потерь, если поддерживать их при сверхнизких температурах, они представляют собой идеальный материал для изготовления электромагнитов. И, если вы когда-нибудь подвергались медико-диагностической процедуре, которая называется электронная томография и проводится на сканере, использующем принцип ядерно-магнитного резонанса (ЯМР), то вы, сами того, возможно, не подозревая, находились в считанных сантиметрах от сверхпроводящих электромагнитов. Именно они создают поле, позволяющее врачам получать высокоточные образы тканей человеческого тела в разрезе без необходимости прибегать к скальпелю.

Современные сверхпроводники сохраняют свои уникальные свойства при нагревании вплоть до температур порядка 20K (двадцать градусов выше абсолютного нуля). Долгое время это считалось температурным пределом сверхпроводимости. Однако в 1986 году сотрудники швейцарской лаборатории компьютерной фирмы IBM Георг Беднорц (Georg Bednorz, р. 1950) и Александр Мюллер (Alexander Müller, р. 1927) открыли сплав, сверхпроводящие свойства которого сохраняются и при 30K. Сегодня же науке известны материалы, остающиеся сверхпроводниками даже при 160К (то есть чуть ниже –100°C). При этом общепринятой теории, которая объясняла бы этот класс высокотемпературной сверхпроводимости, до сих пор не создано, но совершенно ясно, что в рамках теории БКШ ее объяснить невозможно. Практического применения высокотемпературные сверхпроводники на сегодняшний день не находят по причине их крайней дороговизны и хрупкости, однако разработки в этом направлении продолжаются.

Наибольшее распространение из сверхпроводящих материалов в электротехнике получили сплав ниобий-титан и интерметаллид ниобий-олово. Технологические процессы изготовления исключительно тонких ниобий-титановых нитей и их стабилизации достигли весьма высокого уровня развития. При создании многожильных проводников на основе ниобий-олова широкое применение находит так называемая бронзовая технология.

Развитие сверхпроводниковой техники связано также с созданием ожижителей и рефрижераторов с все большей хладопроизводительностью на уровне температур жидкого гелия. Эволюция температуры сверхпроводящего перехода привела к возможности использования хладагентов с все более высокой температурой кипения (жидкий гелий, водород, неон, азот).

Наиболее широкое реальное применение сверхпроводимость находит при создании крупных электромагнитных систем. Уже в 80-х гг. прошлого века в СССР был осуществлен запуск первой в мире установки термоядерного синтеза Т-7 со сверхпроводящими катушками тороидального магнитного поля.

Сверхпроводящие катушки используются также для пузырьковых водородных камер, для крупных ускорителей элементарных частиц. Изготовление таких катушек для ускорителей довольно сложно, так как требование исключительно высокой однородности магнитного поля вызывает необходимость точного соблюдения заданных размеров.

В последние годы явление сверхпроводимости все более широко используется при разработке турбогенераторов, электродвигателей, униполярных машин, топологических генераторов, жестких и гибких кабелей, коммутационных и токоограничивающих устройств, магнитных сепараторов, транспортных систем и др. Следует также отметить такое направление в работах по сверхпроводимости как создание устройств для измерения температур, расходов, уровней, давлений и т.д.

В настоящий момент имеются два главных направления в области применения сверхпроводимости: прежде всего – в магнитных системах различного назначения и затем – в электрических машинах (в первую очередь, в турбогенераторах).

Ученые из Сколтеха продемонстрировали высокотемпературную сверхпроводимость для гидридов актиния и обнаружили общий принцип, по которому можно вычислить их сверхпроводимость, используя лишь таблицу Менделеева.

Группа химиков под руководством профессора Сколтеха и МФТИ Артема Оганова обнаружила закономерность в распределении в таблице Менделеева элементов, способных к образованию сверхпроводимых соединений. Оказалось, что высокотемпературная сверхпроводимость возникает у веществ, в состав которых входят атомы металлов, которые близки к заселению новой электронной подоболочки. В этом случае атом в кристалле очень чувствителен к положению окружающих атомов, а это создает сильное электрон-фононное взаимодействие — тот самый эффект, который лежит в основе традиционной сверхпроводимости. Основываясь на такой гипотезе, ученые предположили высокотемпературную сверхпроводимость для гидридов актиния. Проверка подтвердила гипотезу: для AcH16 сверхпроводимость предсказана при температурах вплоть до минус 69-22 оС при давлении в 1,5 миллиона атмосфер. 

«Сама идея связи сверхпроводимости с таблицей Менделеева принадлежит студенту моей сколтеховской лаборатории — Дмитрию Семенку. Найденный им принцип настолько простой, что удивительно, как никто не заметил его раньше», — рассказывает Артем Оганов.

Источники:

https://elementy.ru/trefil/21064/Teoriya_sverkhprovodimosti

https://ido.tsu.ru/schools/physmat/data/res/SPF/uchpos/text/5_6.html

https://naked-science.ru/article/column/naydena-svyaz-sverhprovodimosti-s