Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Nanomateriały jednak bezpieczne (?)
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Nauki przyrodnicze
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Badania superciężkich pierwiastków, prace nad nanomateriałami do magazynowania energii, badania rozwoju Wszechświata tuż po Wielkim Wybuchu - takie możliwości daje Zjednoczony Instytut Badań Jądrowych w Dubnej, którego członkiem jest Polska. O polskim wkładzie w prowadzone tam badania opowiada prof. Michał Waligórski.
To, że polscy fizycy jądrowi zaangażowani są w międzynarodowe badania prowadzone przy Wielkim Zderzaczu Hadronów w szwajcarskim CERN pod Genewą nie budzi zdziwienia. Mniej osób wie jednak, że Polska ma też spory udział w innym wielkim międzynarodowym projekcie – Zjednoczonym Instytucie Badań Jądrowych (ZIBJ), zlokalizowanym w Dubnej, w Rosji.
Dubna mieści się nad brzegami Wołgi, 120 km na północ od Moskwy. Instytut zatrudnia łącznie ponad 4,5 tys. osób, w tym ok. 1,2 tys. pracowników naukowych. Pracuje tam stale ponad 30 polskich fizyków i inżynierów. Co roku przyjeżdża z Polski do ZIBJ na krótkie pobyty 80-100 fizyków i specjalistów, a także ok. 70 studentów, uczniów i nauczycieli.
W Dubnej, obok badań podstawowych, pracujemy nad wykorzystaniem fizyki jądrowej w nauce, ale także i w technologii. Kształcimy naukowców, studentów i kadry techniczne, ucząc ich najnowszej fizyki oraz najwyższych technologii – mówi w rozmowie z PAP przedstawiciel Rządu RP w międzynarodowym Komitecie Pełnomocnych Przedstawicieli w Zjednoczonym Instytucie, prof. Michał Waligórski z IFJ PAN w Krakowie.
O ile w szwajcarskim CERN do dyspozycji naukowców oddano najpotężniejszy w świecie zderzacz protonów LHC (Large Hadron Collider), o tyle badania w Dubnej są bardziej rozproszone. Budowany jest tam wprawdzie porównywalny z LHC zderzacz ciężkich jonów NICA, ale działa tam również wiele mniejszych, choć unikalnych w skali świata urządzeń (m.in. cyklotrony o różnych mocach i możliwościach, impulsowy reaktor jądrowy, spektrometry i detektory). Udział w indywidualnych badaniach z założenia brać mogą mniejsze zespoły nastawione na realizację badań bardziej autorskich. Dzięki temu eksperymenty prowadzić mogą zespoły z mniejszych ośrodków badawczych, które nie dysponują tak wysokimi budżetami i tak licznymi zespołami fizyków jakich wymagają eksperymenty w fizyce cząstek elementarnych wykorzystujące LHC w Genewie. Zresztą fizycy z ZIBJ i CERN ściśle ze sobą współpracują przy tych wielkich eksperymentach.
Jeśli chodzi o ogólne kierunki badań, z których słynie Dubna, są to np. badania nad superciężkimi pierwiastkami. Pracujące w Dubnej akceleratory umożliwiają tworzenie jąder atomów, które nie występują na Ziemi. W tarcze z ciężkich pierwiastków „strzela się” pociskami lżejszych jonów (np. wapnia). Przy takim zderzeniu tworzy się na krótką chwilę superciężkie jądro nowego pierwiastka. Po sposobie, w jaki się rozpada, można poznać jego właściwości. To właśnie dzięki badaniom prowadzonym w Dubnej zarejestrowano po raz pierwszy pierwiastki o masach atomowych: 105, 114, 115 i 118. Dzięki tym badaniom naukowcy mogą sprawdzić, jak działają siły jądrowe na granicy swoich możliwości – w najbardziej masywnych jądrach atomów.
Prof. Waligórski opowiada też, że dzięki NICA – zderzaczowi przeciwbieżnych wiązek ciężkich jonów o wysokich energiach – będzie można badać plazmę kwarkowo-gluonową. Stan ten pojawił się na wczesnym etapie rozwoju Wszechświata, tuż po Wielkim Wybuchu. Budowę zderzacza NICA rozpoczętą dekadę temu planuje się zakończyć już za parę lat. Koszt tego urządzenia, wraz ze stanowiskami pomiarowymi przekroczy 500 mln dol. Pokryje go głównie Federacja Rosyjska jako członek założyciel ZIBJ.
Sztandarowym projektem ZIBJ jest też BAIKAL GVD (Gigaton Volume Detector). Zatopiony w krystalicznie czystych wodach jeziora Bajkał (a więc daleko od Dubnej) na głębokości pomiędzy jednym a dwoma kilometrami poniżej poziomu wody tego jeziora zestaw ponad 10 tys. fotopowielaczy będzie obserwował, w objętości ponad 1 kilometra sześciennego wody oddziaływania cząstek promieniowania kosmicznego o skrajnie wysokich energiach oraz towarzyszące im neutrina. Wspólnie z podobnymi „teleskopami neutrinowymi”, np. międzynarodowym IceCube na Antarktydzie, bada się skąd z Kosmosu cząstki te przychodzą i jaka jest fizyka gwiazd i galaktyk Kosmosu. W projekcie BAIKAL GVD zaangażowani są już naukowcy z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie.
Unikalnym urządzeniem badawczym w ZIBJ, które wykorzystuje w swoich pracach liczna grupa z Polski, jest też impulsowe źródło neutronów IBR-2. Można to nazwać bombą atomową na sznurku – żartuje prof. Waligórski. Wyjaśnia, że podobnie jak obracające się wiaderko z wodą na sznurku, obracający się element masy podkrytycznej uranu-235 zbliżając się na ułamek sekundy do drugiego takiego elementu inicjuje chwilowo „atomową” reakcję rozszczepienia, co generuje silne impulsy neutronów. Impulsowe wiązki neutronów dają nam unikalne w świecie narzędzie do badania dynamiki układów ciała stałego – komentuje naukowiec.
Dubna jednak to nie tylko badania podstawowe, ale również i badania nad praktycznym wykorzystaniem energii jądrowej. W instytucie opracowuje się m.in. membranowe filtry, które przepuszczają tylko molekuły o precyzyjnie wyznaczonych rozmiarach – np. wielkości bakterii czy wirusów. Otwory w tych filtrach powstają, kiedy dziurawi się je rozpędzonymi cząstkami – tłumaczy rozmówca PAP.
W ZIBJ trwają też prace nad nowoczesnymi nanomateriałami, które mogłyby magazynować energię elektryczną lub wodór. Takie rozwiązania są naszą nadzieją, jeśli chcemy jako ludzkość efektywniej przechowywać i przenosić energię pochodzą z odnawialnych źródeł – np. Słońca czy wiatru.
Koszty funkcjonowania Dubnej to ok. 200 mln dol. rocznie. 80 proc. tej kwoty opłaca Federacja Rosyjska, a 20 proc. – pozostałe państwa członkowskie. Z racji swojego dochodu narodowego, Polska jest wśród nich najwyższym płatnikiem – obecnie wkład Polski wynosi ok. 10 mln dol. rocznie (5 proc. budżetu ZIBJ). Prof. Waligórski tłumaczy jednak, że pieniądze te częściowo wracają do Polski. Dzięki nim finansowane są bowiem wynagrodzenia i badania polskich naukowców biorących udział w pracach ZIBJ. Z części polskiej składki ZIBJ buduje się też w krakowskim synchrotronie UJ Solaris wspólną linię badawczą, z której będą mogli korzystać zarówno badacze z krajów członkowskich ZIBJ, jak i gospodarze – UJ. Uzupełni to badania ciała stałego prowadzone w Dubnej, która nie dysponuje synchrotronem. W ten sposób 3 mln dol. rocznie z polskiej składki wraca do kraju. Kolejne miliony dolarów wracają do Polski w postaci zwrotu przemysłowego - kontraktów dla polskich firm, które dostarczają elementy wysokiej technologii do ZIBJ – dodaje prof. Waligórski.
ZIBJ w Dubnej powstał w 1956 r. jako odpowiedź państw bloku radzieckiego na powołanie CERN – opowiada prof. Waligórski. I dodaje, że Polska była jednym z członków założycieli tego Instytutu. Przypomina, że CERN powstał dla pokojowego wykorzystania badań fizyki jądrowej. Na podobnych zasadach powołano ZIBJ. W ZIBJ w Dubnej nigdy nie wykorzystywano fizyki jądrowej dla celów wojskowych, zaś wszystkie prowadzone tam badania zawsze były i są jawne – wyjaśnia profesor.
Przez niemal 65 lat działania Dubnej nigdy nie mieliśmy problemów ze współpracą naukową. Szła ona zawsze płynnie, niezależnie od tego, jak układała się w tym czasie polityka między Polską a Rosją. Jestem przekonany, że współpraca naukowa to kanał porozumienia, który powinien między naszymi państwami istnieć zawsze – mówi prof. Waligórski.
Członkami ZIBJ w Dubnej są: Armenia, Azerbejdżan, Białoruś, Bułgaria, Czechy, Gruzja, Kazachstan, Korea Płn., Kuba, Mołdawia, Mongolia, Polska, Federacja Rosyjska, Rumunia, Słowacja, Ukraina, Uzbekistan i Wietnam. Natomiast pięć państw uczestniczy w ZIBJ na mocy umów dwustronnych. Tymi państwami są: Egipt, Niemcy, RPA, Serbia oraz Węgry.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
W elektronice konsumenckiej kropki kwantowe wykorzystywane są np. w telewizorach, gdzie znacząco poprawiają odwzorowanie kolorów. Używa się ich, gdy telewizory LCD wymagają tylnego podświetlenia. Standardowo do podświetlenia używa się białych LED-ów, a kolory uzyskuje dzięki filtrom. Zanim pojawiły się kropki kwantowe znaczna część światła nie docierała do ekranu, była blokowana przez filtry. Zastosowanie kropek kwantowych w LCD wszystko zmieniło.
Obecnie telewizory QD LCD wykorzystują niebieskie LED-y jako źródło światła, a kropki kwantowe, dzięki efektom kwantowym, zmieniają to światło w czerwone i zielone. Do filtrów docierają wówczas wyłącznie trzy składowe kolorów – czerwony, zielony i niebieski – a nie całe spektrum światła białego, to znacznie mniej światła jest blokowane i marnowane dzięki czemu otrzymujemy jaśniejsze, bardziej nasycone i lepiej odwzorowane kolory.
Okazuje się, że ta sama technologia może być przydatna przy uprawie roślin. Wykazują one bowiem preferencje odnośnie kolorów światła. Wiemy na przykład, że nie absorbują zbyt dużo światła zielonego. Odbijają je, dlatego wydają się zielone. Niedawne badania wykazały, że różne rośliny są dostosowane do różnych długości fali światła. W Holandii niektórzy plantatorzy już od dłuższego czasu eksperymentują i uprawiają pomidory pod światłem w kolorze fuksji, róże ponoć lubią bardziej białe światło, a papryka żółte.
W 2016 roku Hunter McDaniel i jego koledzy z UbiQD zaczęli zastanawiać się nad wykorzystaniem kropek kwantowych w hodowli roślin. Biorąc bowiem pod uwagę fakt, że kropki kwantowe pozwalają na bardzo precyzyjne dobranie długości fali światła oraz fakt, że światło nie jest blokowane, więc i nie mamy tutaj dużych strat energii, takie rozwiązanie mogłoby się sprawdzić.
Wcześniej McDaniel był badaczem w Los Alamos National Laboratory. Pracował tam właśnie nad kropkami kwantowymi i tam zdał sobie sprawę, że toksyczny kadm, wykorzystywany w kropkach, można zastąpić siarczkiem miedziowo-indowym. W 2014 roku założył UbiQD by skomercjalizować opracowaną przez siebie technologie.
Na początku naukowiec wyobrażał sobie kilka pól zastosowania dla nowych kropek kwantowych. I wtedy wpadliśmy na pomysł wykorzystania ich w rolnictwie. Ten rynek ma gigantyczny potencjał. Może on wchłonąć nawet ponad miliard metrów kwadratowych powierzchni kropek kwantowych rocznie.
Przedstawiciele UbiQD postanowili produkować długie płachty zawierające kropki kwantowe, które byłyby podwieszane pod dachami szklarni i zmieniałyby spektrum wpadającego światła słonecznego. Pierwsze takie płachty dawały światło pomarańczowe o długości fali około 600 nm. Badacze testowali je na badawczych uprawach sałaty na University of Arizona. Z czasem zaczęto prowadzić testy na większą skalę. Inne płachty, dające inne kolory światła, sprawdzano w Nowym Meksyku na pomidorach, ogórkach i ziołach, w Holandii badano wpływ światła z kropek kwantowych na uprawy truskawek i pomidorów, w Kolorado do testów wybrano konopie przemysłowe, w Kalifornii i Oregonie konopie indyjskie, a w Kanadzie ogórki i pomidory. UbiQD nawiązała tez współpracę w firmą Nanosys, która od 2013 roku produkuje kropki kwantowe w ilościach przemysłowych na potrzeby producentów telewizorów.
Niedawno UbiQD rozpoczęła komercyjną sprzedaż swoich płacht z kropkami kwantowymi. Mogą je kupić producenci z Azji, Europy i USA. Obecnie na skalę przemysłową produkowane są jedynie płachty dające światło pomarańczowe, jednak trwają badania nad innymi kolorami.
UbiQD otrzymała też kilka grantów od NASA. Za te pieniądze ma stworzyć produkt do użycia w warunkach kosmicznych. Tego typu płachta powinna blokować szkodliwe dla roślin promieniowanie ultrafioletowe i zamieniać je w światło o takiej długości, by rośliny mogły przeprowadzać fotosyntezę.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Sirolimus, in. rapamycyna, i jego pochodna ewerolimus, które dotąd stosowano m.in. w transplantologii przy zapobieganiu odrzuceniu przeszczepu, odwracają efekty starzenia u dzieci z zespołem progerii Hutchinsona-Gilforda (HGPS).
Progerię charakteryzuje przyspieszone starzenie się. Wywołuje je mutacja punktowa (substytucja pojedynczego nukleotydu) w położonym na chromosomie 1. genie LMNA, który koduje białko laminę A. Proteina ta stabilizuje błonę otaczającą jądro komórkowe. Zmutowaną laminę A nazywa się progeryną. Jej akumulacja w organizmie zaburza prawidłowy rozwój tkanek. Podczas podziału komórek hodowlanych nagromadzenie wadliwego białka niekorzystnie wpływa na integralność błony komórkowej i prowadzi do powstawania uwypukleń jąder. Progeryna jest też produkowana przez starzejące się zdrowe komórki.
Zespół Francisa S. Collinsa, dyrektora amerykańskich Narodowych Instytutów Zdrowia, zauważył, że zastosowanie rapamycyny (antybiotyku makrolidowego) w odniesieniu do fibroblastów osób z HGPS spowalniało starzenie komórek i całego organizmu. Sirolimus znosił uwypuklanie jąder, opóźniał początek etapu starości komórek i nasilał degradację progeryny.
Co ważne, w normalnych fibroblastach rapamycyna ograniczała tworzenie się nierozpuszczalnych agregatów progeryny i stymulowała oczyszczanie w procesie autofagii. Jak obrazowo tłumaczą Amerykanie, leki immunosupresyjne wzmacniały wewnątrzkomórkowy mechanizm recyklingu, zmniejszając ilość progeryny nawet o połowę. Zespół ma nadzieję, że dzięki obiecującym wynikom wkrótce rozpoczną się testy kliniczne z udziałem dzieci z progerią. Obecnie w fazie testów klinicznych znajdują sie 3 leki, jednak działają one na innej zasadzie niż sirolimus i ewerolimus. Należą bowiem do grupy inhibitorów transferazy farnezylu i zapobiegają tworzeniu się progeryny. Collins uważa, że można by zastosować terapię połączoną lekami z obydwu grup (inhibitorów i antybiotyków makrolidowych).
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Porównanie mszywiołów (Bryozoa), które trafiły do próbek pobranych 100 lat temu podczas wyprawy antarktycznej Roberta Scotta, ze współczesnymi okazami wykazało, że rzeczywiście z biegiem czasu wzrastały pobór i akumulacja dwutlenku węgla w Oceanie Południowym.
Międzynarodowy zespół naukowców badał warstwy przyrostu rocznego w szkielecie mszywiołów z gatunku Cellarinella nutti. Zebrano je w Morzu Rossa, części Oceanu Południowego u wybrzeży Antarktydy Zachodniej, w ramach Spisu Antarktycznego Życia Morskiego. Porównanie z kolekcjami muzealnymi z Wielkiej Brytanii, USA i Nowej Zelandii, w tym okazów pochodzących z wyprawy Scotta, unaoczniło, że od lat 90. mszywioły rosną szybciej niż kiedykolwiek wcześniej. Wydaje się, że powodem jest większa dostępność pożywienia w postaci fitoplanktonu. Zaobserwowane przyspieszenie wzrostu stanowi ważny mechanizm transferu węgla w okolice dna morza.
Po zebraniu wszystkich danych naukowcy zauważyli, że od 1890 do 1970 r. mszywioły, bezkręgowce przypominające zewnętrznie polipy stułbiopławów, rosły w przybliżeniu w tym samym tempie. Potem od lat 90. zaczęły się powiększać coraz szybciej, a obecnie wskaźnik wzrostu jest ponad 2-krotnie większy od średniej odnotowanej w XX wieku. Specjaliści z British Antarctic Survey (BAS) uważają, że dzieje się tak, ponieważ Bryozoa odżywiają się dłużej, pochłaniając więcej fitoplanktonu wykorzystującego rozpuszczony w wodzie CO2. To ważne, ponieważ prowadzi do uwolnienia węgla – tłumaczy dr David Barnes, główny autor opracowania, które ukazało się w Current Biology.
Szybszy wzrost oznacza, że mszywioły prędzej osiągają rozmiary, przy których zostają oderwane przez prądy oceaniczne. Pseudoramiona łatwo ulegają przysypaniu osadami i obieg węgla zostaje zahamowany. Naukowcy uważają, że w ten sposób powiększa się magazyn węgla (ang. carbon sink) w Oceanie Południowym.
Po raz pierwszy byliśmy w stanie wykorzystać tak długi zapis wzrostu zwierząt jako dowód na zachodzące ostatnio szybkie zmiany w obrębie życia na dnie morskim. Biologiczne kolekcje Scotta są cenne pod względem jakościowym i ilościowym, a będą może jeszcze cenniejsze przez wzgląd na pomoc w ustaleniu, jak bentos reaguje na zmiany zachodzące w otoczeniu. Zaledwie kilka badań Antarktydy dotyczy okresu sprzed ponad 30 lat, dlatego te dane są tak wyjątkowe [...] – podkreśla Barnes, dodając, że Scott przestanie dla niego być synonimem niepowodzenia (Amundsen dotarł na biegun południowy przed nim).
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Koreańscy naukowcy dokonali znacznego postępu na drodze do stworzenia pełnokolorowego wyświetlacza z kropek kwantowych. Taki wyświetlacz mógłby w przyszłości posłużyć do budowy telewizora, który pokaże obraz o znacznie lepszej jakości niż wszystko, co dotychczas udało się osiągnąć, a jednocześnie będzie on bardziej energooszczędny niż obecnie wykorzystywane urządzenia.
Specjaliści od ponad dziesięciu lat starają się zbudować wyświetlacz z kropek kwantowych. Te półprzewodnikowe kryształy nadają się do tego celu znacznie lepiej niż ciekłe kryształy obecne w LCD, gdyż emitują światło o ściśle określonej długości fali, którą można precyzyjnie dobierać. Kolor światła zależy jedynie od wielkości samej kropki.
Jednak problemem okazało się uzyskanie dużych wyświetlaczy korzystających z kwantowych kropek. Obecnie natryskuje się je na podłoże, jednak gdy używamy takiej techniki kropki muszą zostać przygotowane w organicznym rozpuszczalniku, a jego obecność zanieczyszcza wyświetlacz, prowadząc do redukcji jasności i większego zużycia energii.
Teraz koreańscy naukowcy, na kórych czele stoi Byoung Lyong Choi z Samsung Advanced Institute of Technology wpadli na pomysł wykorzystania techniki odciskania stempla. Kropki z selenku kadmu są tworzone na krzemowym podłożu a następnie odciskane bezpośrednio na szkle, bez użycia rozpuszczalnika. W ten sposób powstają czerwone, zielone i niebieskie piksele.
Brzmi to dość prosto, jednak Choi wyjaśnia, jak trudne zadanie stało przed jego zespołem: trzy lata zajęło nam dopracowanie szczegółów, takich jak np. znalezienie odpowiedniej prędkości i ciśnienia, by możliwe było przeniesienie 100% kropek.
Koreańczycy stworzyli już 10-centymetrowy pełnokolorowy wyświetlacz. Testy wykazały, że jest on doskonalszy od osiągnięć innych zespołów naukowych. Maksymalna jasność czerwonych pikseli jest o około 50% lepsza i zużywają przy tym około 70% mniej energii.
Co więcej, kwantowe kropki są bardzo wytrzymałe. Będą nadawały się zarówno do produkcji elastycznych wyświetlaczy jak i telewizorów, które muszą przez wiele lat pokazywać obraz o niezmienionej jakości.
Konkurencja chwali osiągnięcia Koreańczyków. Seth Coe-Sullivan z firmy QD Vision, która produkuje urządzenia korzystające z kwantowych kropek podkreśla, że wdrożenie ich techniki nie powinno generować dużych kosztów. Jednocześnie przestrzega przed zbytnim entuzjazmem. Myślę, że w ciągu trzech najbliższych lat na bazie kwantowych kropek mogą powstać wyświetlacze dla telefonów komórkowych. Na większe ekrany będziemy musieli poczekać dłużej - stwierdza.
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.