История создания первичных эталонов удельной теплоёмкости и удельной теплопроводности твёрдых тел

22 апреля 2024
- Сидоркин Александр

О былом советской науки на Дальнем Востоке:

история исследования теплофизики низких температур

и создания в Дальневосточном филиале ВНИИФТРИ

первичных эталонов удельной теплоёмкости

и удельной теплопроводности твёрдых тел

Большинство наработок дальневосточных учёных не имели аналогов в СССР, но многие, к сожалению, оказались в наше время невостребованными и незаслуженно забытыми.

Стремительное индустриальное развитие и масштабы строительства в стране требовали серьезных научных исследований для поиска новых материалов и/или повышения их качественных характеристик. Для этой задачи в Дальневосточном филиале ВНИИФТРИ было создано несколько уникальных «государственных эталонов».

Мне довелось побывать в лабораториях ХФ ВНИИФТРИ незадолго до момента официальной ликвидации этих эталонов, предназначенных для изучения различных теплоизоляционных, строительных и промышленных материалов (теплоёмкости и теплопроводности твёрдых тел) и пообщаться с их «хранительницей» В.М. Лупанос, которая поведала историю их создания и применения.

Значительные шаги по созданию государственного эталона удельной теплоёмкости твёрдых тел в диапазоне низких температур были предприняты ещё в 60-е годы. В головном Московском институте ВНИИФТРИ разработали его математическую модель и проектную документацию. Правда, с местом размещения определились не сразу: вполне возможно, что эталон появился бы в столице, как и задумывалось. Но с созданием Дальневосточного филиала ВНИИФТРИ решено было разместить его именно здесь, тем самым дав толчок для развития в регионе нового научного направления. Нашёлся и человек, проникшийся этой идеей – Юрий Романович Чашкин, который стал первопроходцем данной сферы на Дальнем Востоке.

Оборудование для создания эталона завезли в Хабаровск ещё в 1967 году, а в 1968 под его руководством сумели измерить и аттестовать первые материалы. Чуть позже, в 1970-71 годах, был собран аналогичный по устройству специальный государственный эталон единицы теплопроводности твёрдых тел, а в 1975 году оба устройства были утверждены Государственным комитетом стандартов Совета Министров СССР. Если говорить простым языком, не вдаваясь в технические аспекты, то при помощи эталона теплоёмкости можно установить, какое количество тепла вещество поглощает при его нагреве на один градус.

Установка государственного специального эталона единицы теплопроводности схожа с установкой эталона теплоёмкости, но имеет иное предназначение: он необходим для определения того, как тот или иной материал проводит тепло.

К 1985 году эталоны теплоёмкости и теплопроводности уже не уступали по своей точности зарубежным аналогам. Важно отметить, что они первичные, то есть более совершенных в таком диапазоне измерений нет ни в одном уголке бывшего СССР.

Для того, чтобы провести любое измерение с помощью эталона, изначально продумывали, каким образом можно ту или иную величину измерить. Затем подводилась теоретическая база для измерения величины, имеющая определённую формулу. Процесс – трудоёмкий и сложный, как и главный «инструмент» его конечного осуществления - калориметрическая установка (калориметр - прибор для измерения количества теплоты).

Также главной частью установки является камера с жидким азотом и камера с изучаемым веществом. Для хранения и транспортировки азота использовали специальные сосуды с высоким узким горлышком. В годы активных научных исследований на территории института стояла целая бочка жидкого азота, который поставлялся Хабаровским кислородным заводом.

Камера с веществом перед измерениями запаивалась, а затем осуществлялась откачка воздуха. То есть в камере создавалось разряжённое пространство, вакуум почти как в космосе. После камера опускалась в пространство с жидким азотом, а её крышка подвергалась нагреванию. После проведения экспериментов все показания снимались и обрабатывались: когда-то в соседнем лабораторном помещении даже была установлена ЭВМ для облегчения этого труда. Кстати, именно из-за шума, создаваемого ЭВМ и эталонными установками, кабинеты были обшиты специальными шумопоглощающими панелями, а перегородки между ними и коридором выполнены из стеклянных трубок.

За годы работы с помощью этих установок было изучено и аттестовано в качестве первичных эталонов около полутора десятка материалов – не так много, но достаточно, учитывая сложность и специфику работ. Многие научно-исследовательские институты запрашивают у Дальневосточного филиала ВНИИФТРИ эталонные образцы с известными свойствами и известной погрешностью. Среди заказчиков, к примеру, ВИАМ, одним из направлений деятельности которого является разработка новых материалов для летательных аппаратов - такие работы требуют высокой точности.

В 1971 году молодым специалистом в отдел теплофизики низких температур нового научно-исследовательского института пришла Валентина Михайловна Лупанос. Большую часть своей карьеры она посвятила изучению теплопроводности теплоизоляционных материалов. Для промышленного и гражданского строительства (особенно учитывая погодные условия на Дальнем Востоке) это весьма важный вопрос, который, пожалуй, никогда не утратит своей актуальности. Валентиной Михайловной были разработаны специальные приборы для определения свойств теплоизоляционных материалов. Один из таких приборов до недавнего времени эксплуатировался на заводе «Базалит-ДВ», а его компактный рабочий макет сохранился в стенах института.

В советские годы при её участии были разработаны, собраны, а затем перевезены и внедрены приборы в институте теплофизики в Ташкенте, в институте мерзлотоведения в Якутске, а также в институте тектоники и геофизики в самом Хабаровске.

Научные конференции, поездки и бесконечные исследования чего-то нового: всё это стало неотъемлемой частью деятельности Валентины Михайловны. Со строительства космического корабля «Буран» ею был привезён и исследован фрагмент его обшивки, который до сих пор хранится в институте.

Свой вклад отдел теплофизики внёс и в увеличение срока годности тормозных колодок подвижных составов. Когда-то они служили не более чем полгода, на сегодняшний день срок эксплуатации составляет около 5 лет. Для этого Валентина Михайловна когда-то измерила свойства около 50 различных материалов.

Но если в советское время наука хорошо оплачивалась и была в приоритете у государства, то сегодня научные исследования почти полностью прекратились, а эталонные установки по сей день простаивают без дела. В 2023 году принято решение об их ликвидации.

Автор: Александр Сидоркин.

Источник: группа «Индустриальное прошлое☭Поволжье и Дальний Восток».