Железный аргумент: почему железо стали использовать в борьбе с раком
Тех, кто проехал по мосту Чинаб, уже вряд ли впечатлят "американские горки". Это самый высокий железнодорожный мост в мире. Его построили в Индии в предгорьях Гималаев. Высота арки над бурлящей рекой – 359 метров. Конструкции не страшны землетрясения и ураганы.
Для возведения грандиозного сооружения понадобились тысячи тонн прочной стали и почти четверть века работы. Удалось бы ускорить процесс, если стройка началась только сейчас? По каким технологиям сегодня плавят железо и как оно упрощает нашу жизнь? Рассказывает программа "Наука и техника" с Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.
Вместо пяти часов – три секунды: китайская технология производства железа
Сенсация в мировой металлургии – теперь железо можно получить всего за три секунды вместо пяти часов. Китайские инженеры в прошлом году заявили о новой технологии производства металла. Они больше не плавят руду в домнах, а используют рудный порошок мелкого помола и буквально вдувают его в раскаленную печь.
Практически мгновенно происходит взрывная реакция и высочайшие температуры ускоряют все процессы.
"Главная инновация китайских инженеров – специальная трубка, через которую мелкий порошок попадает в печь с огромной скоростью: 450 тонн железной руды в час. Реактор, оснащенный тремя такими трубками, производит более семи миллионов тонн железа в год", – рассказал профессор Китайской академии инженерных наук Чжан Вэньхай.
Железо во время Великой Отечественной войны
60% военной техники были сделаны из железа
Если бы такая технология была известна в XX веке, все крупные стройки ускорились бы в десятки раз. И даже ход Великой Отечественной войны мог измениться. В те годы 60% военной техники были сделаны из железа и прочных сплавов. Например, в самолете из стали создавали детали, на которые приходились максимальные нагрузки.
"На момент, когда строились советские военные самолеты, в принципе, в авиационной индустрии металлы не так широко применялись. С чем это связано? Это было связано с тем, что легкие и эффективные с весовой точки зрения сплавы на тот момент еще не появились. Это, например, алюминиевые сплавы. О титановых вообще речи на тот момент даже не шло. Была сталь", – уточнил старший преподаватель кафедры "Проектирование и сертификация авиационной техники" МАИ Сергей Грищенко.
Какие детали для Як-1 делали из стали
И все-таки именно в истребительной авиации на многие части самолетов приходились огромные нагрузки. Такого фанера уже не вынесет. Поэтому даже для одномоторных "яков" из стали делали самые важные узлы и крепления, а также силовые ребра крыльев и корпуса – лонжероны, нервюры и шпангоуты.
Задачи стальных деталей в мирное время
В мирное время у стальных деталей уже не боевые, но не менее ответственные задачи. Они должны максимально продлить срок службы техники – в воздухе, на земле и на воде.
"Вот так выглядит на самом деле ледовый пояс ледокола. Снаружи то, что касается льда и соленой воды, это нержавеющая сталь. Внутри – высокопрочная сталь, которая обеспечивает прочность корпуса", – сообщил генеральный директор НИЦ "Курчатовский институт" – ЦНИИ КМ "Прометей" Александр Каштанов.
Именно здесь, в Институте конструкционных материалов "Прометей", в годы Великой Отечественной войны создали секретную технологию брони для легендарных советских танков Т-34 и КВ. А сейчас делают материалы особой прочности для ключевых отраслей России: например, судостроения, атомной энергетики и обороны.
Уникальная прочная сталь от российских специалистов
Именно сотрудники "Прометея" придумали самую прочную сталь для современного атомного реактора, который прослужит сто лет. И ускорили строительство кораблей: теперь для них можно использовать не 25 марок стали, а всего лишь пять.
Химический состав сплава унифицирован, прокатка стала сверхточным процессом, и никакой больше путаницы на монтаже.
"Нами сейчас разработана целая линейка стали так называемого арктического класса. Раньше мы всегда считали, что если сталь обладает более высокой прочностью, то она, как правило, обладает меньшей хладостойкостью. Мы получили и более высокопрочные стали, и более хладостойкие. Эти стали сейчас применяются на ледоколах и вообще в арктической зоне для плавучих буровых платформ, для трубопроводов", – подчеркнул генеральный директор НИЦ "Курчатовский институт" – ЦНИИ КМ "Прометей" Александр Каштанов.
У каждой марки стали – свой рецепт. Чтобы придать ей особую прочность, вязкость, стойкость к ржавчине, всегда нужны инновации. То есть особый коктейль из легирующих добавок – никеля, хрома, кобальта, титана. И редчайший научно-технический опыт сотрудников института "Прометей".
Вот только их изобретения чаще всего укрепляют важнейшие промышленные объекты, а в быту нам приходится довольствоваться малым.
Особенная разработка российского студента повышает твердость металла
Тянем-потянем, вытянуть не можем. А вот оторвать радиаторную решетку – запросто. Китайский внедорожник пытались вытащить из сугроба, а в итоге с корнем выдернуть удалось только часть переднего бампера. Из какого же металла сделаны детали машины, если они не выдержали малейшей нагрузки?
Укрепить любой сплав готов тюменский студент Дмитрий Писарев. Уникальная разработка молодого инженера повышает твердость металла и его устойчивость к износу. С помощью специального прибора Дмитрий наносит напыление на самые разные поверхности.
В руках у него пистолет-пульверизатор, в стволе которого две проволоки из нержавейки. На одну подается положительный электрический заряд, на вторую – отрицательный. Их буквально сталкивают лбами, чтобы посыпались искры.
"Образуется сварочная дуга, и тем временем к точке пересечения двух этих проволок подается сжатый воздух со сверхзвуковой скоростью, в результате чего из сварочной дуги у нас происходит выдувание мелкодисперсных металлических частиц и тем самым производится напыление над поверхностью", – объяснил студент Института промышленных технологий и инжиниринга Тюменского индустриального университета Дмитрий Писарев.
Эта технология способна защитить детали в нефтегазовой промышленности, спасет от коррозии металла, поможет укрепить и восстановить кузов при авторемонте. А может быть, и на стройке пригодится.
Из какого сплава сделали вечные строительные инструменты, которые невозможно затупить
Но из металла не только возводят, им еще пилят, режут, шлифуют. В общем, нагрузка немалая. Неудивительно, что инструменты горят и тупятся на ходу.
Томские ученые придумали, как справиться с этой проблемой. Они создали суперпрочный композитный материал: заставили работать сообща железо и диборид титана. Такой твердый союз непросто разрушить.
"Берем порошки: порошок титана, ферробор, их насыпаем, подготавливаем состав", – показала кандидат технических наук, старший научный сотрудник научно-исследовательского отдела структурной макрокинетики Томского научного центра Сибирского отделения РАН Ольга Шкода.
А дальше происходит высокотемпературный синтез. Простыми словами – смесь двух металлов "запекли" в реакторе при температуре 2000°. Железо расплавилось, и в нем равномерно распределился титановый порошок. Заготовку остудили, измельчили и вновь нагрели – чтобы нанести на рабочую поверхность пилы.
"И он был напаян на зубья пилы. Это было все приготовлено, и данная пила проходила испытания для резки древесины и показала, что она очень хорошо для этого приспособлена. То есть материал получился таким, что в несколько раз превосходит по эксплуатационным свойствам тот материал, который использовался до этого", – отметила кандидат технических наук, старший научный сотрудник научно-исследовательского отдела структурной макрокинетики Томского научного центра Сибирского отделения РАН Ольга Шкода.
Диски для циркулярных пил тестировали на томском предприятии по производству древесных панелей. Работники цеха подсчитали: зубцы не тупились целых 14 часов. В то время как дорогостоящие диски с напайкой из вольфрама и кобальта потребовали заточки на два часа раньше.
Железо в борьбе с онкологическими заболеваниями
А еще железо способно спасти человеку жизнь и победить онкологию. Для этого не всегда нужен стальной скальпель. Из оксида железа делают наночастицы, которые проникают в организм прямо в клетки опухоли и вызывают прицельный огонь на себя. Такую технологию сейчас тестируют ученые из Калининграда.
"Сейчас наша разработка направлена на работу с меланомой. То есть здесь довольно просто внести такие частицы. Например, частицу можно растворить в каком-нибудь веществе – мы работаем с гелями – и выполнять послеоперационную обработку меланомы после того, как производится резекция опухоли. И таким образом уменьшать вероятность возникновения рецидивов", – рассказала старший научный сотрудник Лаборатории биомедицинских приложений Балтийского федерального университета им. Иммануила Канта Екатерина Левада.
- Крошечное оружие против рака состоит из оксида железа и золота.Металлами можно управлять с помощью магнитного поля – оно раскачивает наночастицу внутри раковой клетки, чтобы повредить ядро или мембрану.Здоровые ткани рядом остаются целыми.
Железо в борьбе за здоровье кораллового рифа
Тем временем в Индонезии тоже лечат с помощью металла, только не человека, а коралловый риф. Его разрушили браконьеры, которые рыбачили с помощью взрывчатки. Теперь экосистему восстанавливают настоящие звезды из стали.
"Мы создали шестиугольные конструкции из стали и разместили их в стратегических точках бесплодного морского дна. Эти металлические конструкции ловят и притормаживают обломки мертвых кораллов, а потом мы пересадили живые кораллы на эти стальные скелеты", – пояснила директор проекта по восстановлению глубоководных кораллов Марина Паласиос Миньямбрес.
Так что холодное железо способно на многое: исцелять, строить и созидать. Главное при этом – стальное упорство человека, который ищет металлу лучшее применение.