Projektai

COST P19 "Medžiagų daugiapakopinis modeliavimas" (Multiscale modeling of materials)

Valstybės dalyvės: Suomija, Austrija, Belgija, Šveicarija, Čekija, Danija, Vokietija, Ispanija, Prancūzija, Islandija, Italija, Lenkija, Slovakija, Airija, Jungtinė Karalystė

COST veiklos pagrindiniai tikslai, uždaviniai, tyrimų aktualumas, problematika ir planuojami rezultatai

Naujų medžiagų sukūrimas ir naudojimas reikalauja didelių laiko ir žmogiškų resursų sąnaudų, bet jų atsiradimas smarkiai įtakoja žmonių gyvenimą. Naudojant pastarąjį šimtmetį sukurtus teorinius ir eksperimentinius metodus, galima numatyti įvairių darinių struktūras, kurios apsprendžia medžiagų savybes , o tai padeda susintetinti medžiagas pasižyminčias norimomis savybėmis. Šiame procese (naujų medžiagų kūrime ir sintetinime) svarbią vietą užima daugiapakopinis modeliavimas, nes medžiagų mikroskopinės savybės apsprendžia makroskopines. Pastaraisiais dešimtmečiais į daugiapakopinį modeliavimą yra kreipiamas didelis dėmesys, nes dažnai nustatytos mikro-, nano- objektų savybės ir numatomi tarpiniai procesai nėra aptinkami makromedžiagose. Dėl to yra kuriami įvairūs hibridiniai metodai, kuriuose yra susiejamos įvairios disciplinos, tam kad būtų sukurtas tikslesnis ir platesnis tyrimo įrankis. Suvienijus informaciją gautą mikroskalėje su makroskopinėmis medžiagų savybėmis, naujos medžiagos bus modeliuojamos tiksliau ir greičiau, o tai yra pagrindinis COST P19 veiklos tikslas, o jį įgyvendinant, yra keliami šie uždaviniai:

1. Atliekant elektroninės ir atominės skalės tyrimus nustatyti struktūrines medžiagų savybes, galimas chemines reakcijas, magnetines medžiagų savybes.
2. Susieti aukščiau minėtų tyrimų rezultatus su mikro- ir makroskopinėmis medžiagų savybėmis.

Šiuo metu turimi skaičiavimo resursai leidžia atlikti tikslius teorinius tyrimus. Tačiau tikslūs atominės skalės tyrimai ir technologiniuose procesuose svarbių medžiagų parametrų įvertinimas reikalauja didelių laiko sąnaudų, tad COST P19 veiklos rezultatas yra žinios apie naujose technologijose svarbias medžiagas ir jų elgesį įvairiuose procesuose. Šios žinios padės patikslinti tiriamų medžiagų makroskopiniai parametrus ir bus sukurtas skaičiavimo įrankis, kurį tiesiogiai taikant bus išvengta daug laiko ir lėšų reikalaujančių bandymų teorinių tyrimo rezultatus pritaikant pramonėje.

Lietuvos dalyvavimas COST P19 veikloje: tyrimų tikslai

Vis dažniau atkreipiamas dėmesys į tai, kad nano medžiagų naudojimas nėra saugus dėl ypatingų šių medžiagų savybių, nors dalelių aptikimas ir pašalinimas iš aplinkos šiuo metu yra kūrimo stadijoje Kita vertus yra žinoma dedrimerų vidų gali būti įterpiamos įvairios molekulės atitinkamai parinkus tirpiklį; dendrimero molekulės fizines savybes galima pakeisti paveikus šviesa; krūvio pernaša vyksta iš dedrimero centro į periferinę dalį; nanodalelės į dendrimero vidų įterpiamos atliekant chemines reakcijas. Tai leidžia numatyti, kad galima:

1. Sukurti skystakristalinių dendrimerų jutiklius nanodalelių aptikimui aplinkoje.
2. Rasti sąlygas kurioms esant skystakristaliniai dendrimerai galėtų pagauti (neatliekant cheminių reakcijų) nanodaleles ir jas išlaikyti tarp savo šakų.
3. Sukurti mechanizmą dedrimero su nanodalele pašalinimui iš aplinkos.

Visos aukščiau paminėtos galimybęs yra susijusios su mūsų šiuo keliamais tikslais: nustatyti kokia turi būti dendrimero struktūra ir savybės, kad jis galėtų aptikti nanodaleles ir be jokio cheminio poveikio aptiktą dalelę sulaikyti tarp savo šakų.

Smulkesnė info: http://www.ipm.cz/costp19/

PjezoAdapt - Mechatroninių nanometrų skyros daugiamačių poslinkių generavimo/matavimo sistemų kūrimas ir tyrimas

Mechatronika – tai natūrali mechanikos mokslo evoliucionavimo pakopa, kai integruojamos mechanikos, elektrotechnikos, valdymo, matavimo ir informatikos mokslo posistemės, siekiant sukurti ir pagaminti adaptyvius, savaime apsimokančius, save diagnozuojančius bei save gydančius įrenginius. Tai tarpdisciplinarinė mokslo šaka, kurioje naudodamos įvairių mokslo sričių žinios intelektualiems mechaniniams įrenginiams kurti.

Projektas „Pjezoadapt“ skirtas sukurti ir praktiškai realizuoti superaukšto tikslumo ir nanometrų skyros mechatronines pozicionavimo ir daugiamačių poslinkių generavimo/matavimo sistemas įvairiatipiams aukštų technologijų įrenginiams.

Planuojamas projekto rezultatas – nauja inovacinių aukštųjų technologijų įrenginių klasė – superaukšto tikslumo mechatroninės pozicionavimo ir daugiamačių poslinkių generavimo/matavimo sistemos, pagrįstos „protingų medžiagų“ (smart materials) savybių ir inovatyvių technologinių idėjų ir sprendimų integracija. Daugiamačių judesių generavimui ir transformacijai numatoma panaudoti šiuolaikines pjezoaktyvias medžiagas, panaudojant tiek jų tiesioginį, tiek ir atvirkštinį pjezoefektus, o judesio parametrų stabilizacijai, adaptyvumo bei savidiagnostikos savybių suteikimui – elektro- ar magnetoreologines suspensijas, integruotas generuojamų poslinkių matavimo bei adaptyvias virpesių sintezavimo sistemas.

Nanometrų skyros daugiamačių poslinkio keitiklių skaitinis modeliavimas bei optimizavimas atliekamas naudojant Litgrid tinklo infrastruktūrą.

ITER - Tarptautinis termobranduolinio eksperimentinio reaktoriaus projektas

Ieškant alternatyvų dabar naudojamiems energijos šaltiniams buvo pradėtas Tarptautinis termobranduolinio eksperimentinio reaktoriaus (ITER) projektas. Šiuo projektu siekiama įgyvendinti valdomą deuterio – tričio plazmos degimą. Termobranduolinės sintezės tyrimai užima prioritetinę vietą Europos Sąjungos 7 – oje Bendrojoje programoje. Be ES ITER projekte dalyvauja daug pasaulio šalių (JAV, Kinija, Indija, Rusija ir kt.). Iš Lietuvos projekte dalyvauja Teorinės fizikos ir astronomijos institutas ir Lietuvos energetikos institutas.

Temperatūros plazmos centre bei priemaišų kiekio stebėjimas yra svarbi diagnostikos dalis, kuri užtikrina sėkimingą reaktoriaus darbą. Plazmos priemaišų identifikacijai reikia žinoti tikslius atominius duomenis.

Aukštas mūsų instituto mokslininkų skaičiavimo galimybių įvertinimas lėmė, kad nuo 2007 metų mūsų institutas dalyvauja ITER projekte, tiriant volframo jonų atomines charakteristikas. Volframą planuojama naudoti ateities termobranduolinės sintezės reaktoriuose padengiant vidines tokamakų sieneles. Dėl sienelių erozijos į plazmą patekę volframo jonai spinduliuoja fotonus, taip atimdami energiją iš plazmos. Energija, kurią išspinduliuoja volframo jonai bei kitos priemaišos, gali būti kritinė tolimesniam termobranduolinės sintezės procesui. Nustatyta, kad volframo jonų kiekis neturi viršyti 10-4 visos jonų dalies, kad tokamake vykstanti termobranduolinė reakcija neužgestų net neprasidėjusi. Sėkmingai volframo linijų identifikacijai reikia suskaičiuoti bangų ilgius, lygmenų užimtumus bei įvairios jonizacijos jonų kiekį. Sunkiesiems elementams svarbu atsižvelgti į reliatyvistinius efektus. Taip pat konfigūracijoms su atvirais d ir f sluoksniais lygmenų skaičius labai išauga. Todėl šie skaičiavimai dažnai reikalauja daug kompiuterio atminties bei laiko. LitGrido projekto teikiamos galimybės leidžia atlikti šiuos skaičiavimus, o tai užtikrina Lietuvos mokslininkų sėkmingą dalyvavimą Tarptautiniame termobranduolinio eksperimentinio reaktoriaus projekte, ieškant naujų energijos šaltinių.