حصل مشروع فريق الباحثين من جامعة جنوب الأورال الحكومية على منحة دعم من مؤسسة العلوم الروسية. يركز المشروع على الحصول على المعرفة الأساسية حول خصائص فولاذ الفاناديوم الواعد. على الرغم من أن فولاذ الفاناديوم معروف منذ فترة طويلة ويستخدم على نطاق واسع ، على سبيل المثال ، لتصنيع مفاتيح الربط ، إلا أن خصائصه لم تتم دراستها بشكل كافٍ. ستجعل نتائج الدراسة من الممكن التنبؤ بخصائص فولاذ الفاناديوم بطريقة أكثر دقة وأرخص مقارنة بالطريقة التجريبية.
تتعلق الدراسة بمشروع جامعة جنوب الأورال الحكومية الاستراتيجي «مواد متقدمة جديدة» في إطار برنامج «الأولوية 2030» (المشروع الوطني «العلوم والجامعات»).
من الأهمية بمكان علميًا حل المشكلة العالمية المتمثلة في تقليل انبعاثات الكربون ، والتي يتمثل أحد متغيراتها في تطوير الطاقة النووية باستخدام مفاعلات نيوترونية سريعة. لكن يجب أن تكون المواد المستخدمة في هذه المفاعلات أكثر قوة ومقاومة للحرارة ومقاومة للتآكل والأضرار الناجمة عن الإشعاع النيوتروني. واحدة من الفئات الواعدة لهذه المواد هي سبائك الفاناديوم (V-Ti). يدرس علماء جامعة جنوب الأورال الحكومية طبيعة الخصائص الفيزيائية والكيميائية والديناميكية الحرارية والميكانيكية لمثل هذه السبائك. ستكون هذه الدراسة نقطة البداية لإنشاء مواد جديدة ذات أغراض خاصة مع مجموعة معينة ومضبوطة من الخصائص للطاقة النووية.
««الأهم من ذلك كله ، أننا مهتمون بخاصية مثل طاقة خلط الذرات في فولاذ الفاناديوم. من الضروري دراسة كيفية تفاعل ذرات الفاناديوم مع بعضها البعض ومع ذرات التيتانيوم في المتغيرات المختلفة لترتيبها المتبادل. بمقارنة طاقات التوليفات المختلفة وإيجاد فرق الطاقة (طاقة الخلط) ، يمكن حساب خصائص فولاذ الفاناديوم باستخدام الديناميكا الحرارية»,- يقول ألكسندر ميرزوف ، رئيس المشروع ، دكتوراه في علوم الرياضيات-الفيزيائية ، أستاذ قسم « فيزياء النظم النانوية».
يعود تاريخ دراسة الحلول الصلبة لـ Fe-V إلى عدة عقود. يلعبون دورًا مهمًا في تصميم الفولاذ الخاص: غير القابل للصدأ ، المقاوم للحرارة ، المقاوم للبرودة. ومع ذلك ، حتى الآن ، لا يمكن اعتبار العديد من الخصائص الديناميكية الحرارية لهذا النظام موثوقة. يقترح علماء جامعة جنوب الاورال الحكومية طريقة جديدة للحصول على مخططات طور موثوقة - طريقة النمذجة الديناميكية الحرارية (CALPHAD) ، مع مراعاة حسابات المبدأ الأول لطاقة مرحلتي جاما وألفا في هذا النظام.
««يتم تحديد الخصائص الفيزيائية للأشياء من خلال طبيعة تفاعل الذرات ، والتي تحدد عدد مرات تصادمها ، مع شدة تبادلها للطاقة ، وما إلى ذلك. تأتي طرق المبادئ الأولى لحساب تفاعل الجزيئات من قوانين ميكانيكا الكم ، التي اشتهرت بسبب دقتها. ومع ذلك ، فإن الحسابات باستخدام هذه الطريقة تستغرق وقتًا طويلاً: عملية حسابية واحدة تستغرق من 12 ساعة باستخدام الكمبيوتر الخارق»,- شاركت أناستاسيا فيرخوفيك ، مرشحة علوم الرياضيات-الفيزيائية و الأستاذة المساعدة في قسم « فيزياء النظم النانوية».
لدراسة أنظمة Fe-V و V-Ti ، سيستخدم علماء جامعة جنوب الأورال الحكومية الحسابات الميكانيكية الكمومية ونمذجة الديناميكيات الجزيئية وأدوات التعلم الآلي. سيشمل المشروع مركز الحاسوب العملاق بجامعة جنوب الأورال الحكومية (الحاسوب العملاق SKIF-Tornado للحوسبة المتوازية) وبرامج WIEN-2K و VASP.
تم تصميم تنفيذ المشروع لمدة عامين (2023-2024). مبلغ التمويل بدعم من مؤسسة العلوم الروسية هو 3 ملايين روبل. سيتم نشر نتائج المشروع في المجلات الروسية والأجنبية الرائدة المفهرسة في Web of Science Core Collection, Scopus, RSCI («J. Alloys and Compounds», «Physica Status Solidi (B)»).
جامعة جنوب الأورال الحكومية - هي جامعة للتحولات الرقمية ، حيث يتم إجراء البحوث المبتكرة في معظم المجالات ذات الأولوية لتطوير العلوم والتكنولوجيا. وفقًا لاستراتيجية التطور العلمي والتكنولوجي لروسيا الاتحادية ، تركز الجامعة على تطوير مشاريع علمية كبيرة متعددة التخصصات في مجال الصناعة الرقمية وعلوم المواد والبيئة. في عام 2021 ، فازت جامعة جنوب الأورال الحكومية بالمسابقة في إطار برنامج «الأولوية 2030». تؤدي الجامعة وظائف مكتب المشروع الإقليمي لمركز الأورال العلمي والتربوي الأقاليمي على المستوى العالمي، والذي تم تصميمه لحل مهام المشروع الوطني «العلوم والجامعات».