Широкая специализация маленького элемента

Слово «углерод» у кого-то вызывает ассоциации с алмазом, у кого-то – с углём, а кто-то представляет себе грифель обычного карандаша. А на что способен углерод в атомной отрасли? Об этом читайте ниже в нашем материале.

Человеческий организм примерно на 20% состоит из углерода. Больше всего этого элемента в мышцах. Костная ткань состоит из углерода на треть. При замене части скелета на протез из пористого углепластика организм человека просто не замечает инородное тело, и новая деталь быстро приживается. При этом такие протезы легче, прочнее и они – вечны в отличие от титановых или пластиковых.

Теоретически уже сейчас в России возможна замена суставов пальцев рук и ног, части черепа, клапана сердца, кости шейки бедра и даже протезирование глаза.

«Мы успешно изготавливаем материалы для сложных операций, – поясняет Харис Аберяхимов, директор медицинских проектов НИИ «Графит». Например, таких, как глазные протезы. Как известно, при потере одного глаза, второй начинает атрофироваться, поэтому человеку просто необходим протез для того, чтобы совсем не потерять зрение. Протезы из наших материалов идеально заполняют глазницу, через них быстро прорастают нервы, и глаз выглядит совершенно естественно».

Эти протезы исключительно российское ноу-хау. Их производят на предприятии Росатома НИИ «Графит» – институте, созданном в 60-е годы специально для изучения и внедрения в производство углеродных материалов.

Как углерод может изменить атомную промышленность?

Графит и атом – вместе с самого начала. Первый реактор Ф-1 в качестве замедлителя использовал именно графит. Современная атомная энергетика до сих пор использует уран-графитовые реакторы РБМК, которые работают на трёх станциях: Ленинградской, Курской и Смоленской АЭС.

Сегодня атомная энергетика пришла к той стадии развития, когда резко возросла энергонапряжённость сетей и отдельных частей реакторов. Приходят новые теплоносители, совершенно космические скорости вращения центрифуг, которые приводят к деформации обычного металла. Единственный способ выдерживать запредельные нагрузки и температуры – это заменить металл углеродными материалами. Одно из ноу-хау с применением углерода решено опробовать при строительстве второго энергоблока Курской АЭС.

Помимо изделий для медицины, сегодня НИИ «Графит» изготавливает заготовки из углеродных нитей для авиа- и атомной промышленности. Ещё одно широкое применение углерода – это строительство: сваи, армирование конструкций вместо железа, полотно для укрепления грунта и многое другое.

41

Игры в мяч

Простое добавление углерода в металл или полимер может практически изменить мир. Но добавление не любого углерода, а уникальной молекулы фуллерена, не существующей в природе. За схожесть молекулярной решётки с кожаным мячом, многие химики до сих пор называют молекулу футболеном.

В 1985 году молекулу фуллерена открыли физики Харолд Крото, Роберт Кёрл и Ричард Смолли. 11 лет спустя они получили за это Нобелевскую премию, а в мире разразился настоящий «фуллереновый бум», результатом которого стало развитие нанотехнологий. Эксперты говорят, что по своим свойствам фуллерен – космическая молекула. Медь и алюминий при добавлении всего 1% фуллерена становятся прочнее в 10 раз. А в медицине и косметологии эта молекула в ближайшее десятилетие готовит настоящую революцию.

Несмотря на то что большинство людей при слове «нано» представляют себе чистые красивые лаборатории, нужно отметить, что производство фуллерена – это процесс долгий, сложный и не всегда чистый (в плане эстетики).

Чтобы получить фуллерены, углерод сжигают в вакууме при температуре 6500 °С. Потом полученную сажу необходимо растворить, чтобы выделить оттуда модифицированные молекулы. 

На производстве, полном угольной пыли, люди работают в респираторах. НИИ «Графит» производит около 2,5 кг фуллерена в сутки, однако из-за большого количества заказов планируют увеличить объем производства.