Как учёные изучают недра планет и как устроены геологические скважины? От чего зависит полёт космического корабля и какие инновации используются для изучения космоса? О работе учёных и инженеров на земле, под землёй и в космическом пространстве узнали гости тематического «ИЦАЭ OPEN: от недр до космоса» 24 апреля в Информационном центре по атомной энергии (ИЦАЭ) Саратова.

Как построить прочный мост из бумаги, трубочек и скотча? На мастер-классе «Бумажный сопромат. Мост» участники узнали, что такое сопромат, и проверили свои инженерные навыки. В командах школьники, студенты и взрослые построили прочные мосты из коктейльных трубочек, скотча и бумаги.

В ходе мастер-класса гости также посмотрели серию из мультфильма «Фиксики» о композитах и обсудили использование разных композиционных материалов в производстве мебели и строительстве зданий, самолётов и мостов. Команда-победитель, мост которой выдержал наибольший вес, получила интерактивные журналы «Фиксики. Мир композитных материалов».

Учитель технологии Гимназии №31 Елена Заговенко рассказала о пользе подобных мастер-классов для детей: «Сегодня технический прогресс идёт вперёд, и дети должны с маленького возраста развиваться. Мы в школе даём детям азы математики, физики, в каком-то смысле даже и сопромата. Все межпредметные связи у ребят очень развиваются. Но такие внешние мероприятия детям, конечно, очень интересны. Одно дело, когда рассказываем мы, и другое, когда дети соревнуются, да ещё и с участниками другого возраста. Это и спортивный азарт, и даже какой-то естественно-научный интерес, и развитие нейронных связей, да и просто познание нового».

Космическим вопросам прошлого и будущего была посвящена интеллектуальная игра «Адреналин. Тайны космоса». Участники узнали, какие планеты Солнечной системы можно отнести к железным планетам и сколько километров в астрономической единице парсек. В ходе игры гости вспомнили моменты из мультфильма «Тайна третьей планеты» и обсудили, какие из изображённых в нём космических кораблей не противоречат современным законам физики. Отдельного внимания удостоился многоразовый космический корабль «Буран» и инновационные решения, использованные для его создания.

Впечатлениями от игры поделилась Наталья Руднева: «Мне очень нравится, что есть такие проекты, в которых могут участвовать дети. Они могут узнавать новое в тех сферах, про которые в школе им не расскажут. Интеллектуальный «Адреналин» о космосе нам понравился. Мы почему-то думали, что будет очень-очень сложно, а в итоге мы только 2 или 3 вопроса не взяли. Было очень интересно, ещё и мультик «Тайна третьей планеты» вспомнили, и захотели его ещё раз пересмотреть».

Как выглядит Земля изнутри и как учёные исследуют строение планеты? Для чего ещё геологи бурят скважины? В чём отличия бурения скважин на суше и в море? О «внутреннем мире» Земли, а также добыче полезных ископаемых из недр планеты рассказал Евгений Калякин, кандидат геолого-минералогических наук, доцент кафедры исторической геологии и палеонтологии Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского.

Лекцию «Сокровища внутри: как учёные исследуют недра планеты» Евгений Александрович начал с рассказа о внутреннем строении Земли. Ещё со школы все знают, что внутри планеты находится ядро и мантия, а снаружи их покрывает тонкий слой земной коры. Но как учёные это поняли?

«Геологам известно внутреннее строение Земли благодаря сейсмологическому методу, – отвечает Евгений. – Сейсмические волны, возникающие от землетрясений, ядерных и крупных промышленных взрывов, пронизывают всю планету. Проходя через слои пород разного состава и плотности, они изменяют свою скорость, а регистрируя эти изменения, можно выделить главные границы и поверхности раздела внутри земного шара».

Расставленные по всему миру сейсмические станции принимают сигналы от волн разного типа и фиксируют скорости их прохождения. По скорости распространения волн делаются выводы о составе и состоянии вещества, через которое они прошли. Так учёные смогли узнать, что ядро планеты имеет две части: твёрдую внутреннюю и жидкую внешнюю.

Изучение строения внешнего слоя планеты – земной коры, возможно с помощью бурения. Земная кора континентального типа имеет трехслойное строение и толщину от 30 до 80 км. От континентального отличается океанический тип – у такой коры двухслойное строение, а толщина составляет всего 5-10 км. При этом глубина Кольской сверхглубокой скважины – 12 262 м. Это максимальная глубина, на которую человечество смогло заглянуть в недра Земли.

Геолог рассказал об устройстве скважин. У них есть устье, ствол и забой – финальная точка бурения. «Скважина – достаточно сложное техническое сооружение и бурится в несколько этапов. Проводится достаточно большой комплекс работ по приданию скважине жизнеспособности», – пояснил Евгений Калякин. Он рассказал об укреплении скважин с помощью обсадных колонн, которые не дают её стенкам разрушаться.

Скважины бурят для разных целей: эксплуатационные – для добычи нефти и газа, нагнетательные – для закачки под землю воды, газа или пара, разведочные – для выявления и исследования залежей. По глубине скважины делятся на неглубокие (до 500 м), средние (500 – 1500 м), глубокие (1500 – 7000 м) и сверхглубокие (более 7000 м).

Скважина – это не просто туннель вглубь земли. Они бывают не только вертикальными, но и наклонными, горизонтальными и разветвлёнными (многозабойными и многоствольными). Их форма зависит от цели применения.

Евгений Калякин уделил внимание и машинам, которые создают скважины: «Для бурения скважин на нефть и газ используются стационарные буровые установки. Например, наша отечественная «Уралмаш 5000/320» или немецкая Bentec».

Эксперт рассказал историю создания первой установки «Уралмаш» в 1946 году и отметил, что отдельные типы буровых установок успешно выпускались без каких-либо изменений на протяжении 30 лет. Также он показал мобильные буровые установки и объяснил, как работают установки для бурения под водой.

«С морским бурением всё сложнее из-за дополнительной преграды в виде толщи воды», – начал Евгений Калякин. Он отметил, что сначала появились платформы с жёстким основанием, которые опирались на морское дно. Затем появились платформы на жёстких сваях и платформы с гибким опорным блоком, как у башенного крана. Есть и плавучие буровые платформы, которые не имеют жёсткой связи с дном, они заякориваются на морском дне и работают. «У нас в стране тоже эксплуатируются морские платформы, но их не так много, как у американских компаний, работающих в Мексиканском заливе, – дополнил спикер. – Один из примеров – платформа «Приразломная», которая стоит в Печорском море и даёт нефть с Арктического шельфа. Вторая знаменитая платформа – «Беркут», расположенная на Сахалине. Она является самой мощной морской буровой платформой в мире».

Евгений Александрович рассказал об использовании скважин при добыче урана. Один из современных способов добычи этого элемента – скважинное подземное выщелачивание (СПВ). По сравнению с карьерным и подземным способами, СПВ является самым экологически безопасным. Также эксперт отметил, что СПВ является особенным ещё и с точки зрения терминологии: «На первом этапе бурится система откачных, закачных и контрольных скважин в рудные тела урановых месторождений. Если честно, я удивился, что скважины так называются – в промышленности они имеют другие названия. Но в СПВ именно такая терминология, что было для меня полной неожиданностью».

СПВ – это система неглубоких скважин до 400 м. Через закачные скважины в толщу породы закачиваются кислотные растворы с реагентами, которые выщелачивают уран из залежей. Обогащённый ураном раствор по откачным скважинам затем выкачивается на поверхность и уже потом в специальных установках из раствора выделяется уран. При этом вокруг скважины располагаются многоступенчатые системы мониторинга и барьеры, предотвращающие возможность распространения растворов за пределы месторождения.

С помощью скважинного подземного выщелачивания этой весной уран начали добывать на новом Добровольном месторождении в Курганской области.