Разработка высокоэффективных многофункциональных энергетических установок на основе процессов ядерной трансмутации химических элементов (стр. 4 )

·  Мердокский университет (Австралия)

·  Центр солнечной энергетики г. Улан-Удэ

·  Администрация г. Дубна

3.9  Ожидаемые результаты выполнения проекта

Результаты натурных исследований и эксплутационных характеристик внедряемых обьектов ВЭ послужат для широкого внедрения энергосберегающих технологий на базе ВИЭ для надежного и устойчивого энергообеспечения жилого сектора, сельского хозяйства, населения не только в Московской области, но и по другим регионам, потому как данные технологии по сравнению с технологиями на традиционном энергоносителе обладают рядом преимуществ.

Так предварительные экономические расчеты данного проекта по Байкальскому региону показали, что годовой экономический эффект составит по:

- выработке тепловой энергии 226 Гкал на сумму 678 тыс. рублей (при стоимости 3000 руб/Гкал).

- замещению органического топлива источниками ВИЭ, f= 60%.

- предовращению выбросов СО2, - 120.7т/год

- экономии органического топлива - 43.7 ту. т;

- экономии сжигания кислорода О2,- 234т/год

- сроку окупаемости – 5лет. Будет введено 182.5 кВт мощности;

В Московской области меньше приход солнечной радиации, но климат мягче и продолжительность отопительного периода короче, эти 2 фактора возможно приблизят эти цифры и по Московской области

-Созданные действующие обьекты ВЭ: солнечные системы теплоснабжения

( активные и пассивные), фото-ветроустановки для выработки электроэнергии, лаборатории по солнечному теплоснабжению и фотоэнергетики станут научным, информационным и обучающим центром как обьекты ВЭ для изучения студентами правил монтажа, пусконаладки, эксплуатации солнечных систем, снятия энергетических, эксплуатационных характеристик оборудования ВЭ .

Энергоэффективные технологии солнечной теплицы, гибридной фермы-теплицы, экодома станут обьектами ВЭ для решения задач:

-ЖКХ, строительного сектора, требующих значительного уменьшения потребления органического топлива и автономного жизнеобеспечения одноэтажного строительства.

- сельского хозяйства для получения экологически чистых овощей, молока отечественного производства с дальнейшим широким внедрением в фермерских хозяйствах, ЛПХ.

Полученные новые пористые материалы в качестве насадок станут решением актуальной задачи гелиоэнергетики - повышения энергоэффективности тепловых аккумуляторов.

Демонстрационный полигон обьектов ВЭ, создаваемый как научный, информационный и обучающий центр станет «кузницей» по подготовке высококлассных специалистов в области ВЭ путем обмена опытом и взаимствования мировых передовых обучающих программ и методик.

Приложение 3.5

4  Система информационного обеспечения объемной визуализации внутренних органов человека

Целью предлагаемого инновационного проекта являются поэтапное создание макетного, а затем промышленного образцов компьютерного ядерно-магниторезонансного томографа ТОМАР – 450, предназначенного для получения высококачественного, объёмного цветного изображения внутренних органов живого человека с использованием явления ядерного магнитного резонанса и возможностей представления получаемых данных с помощью современных 3-х мерных графических технологий.

Технические характеристики томографа ТОМАР – 450 позволят обнаруживать внутриполостные патологии (например, злокачественные и другие опухоли) размерами меньше спичечной головки, т. е. на ранней стадии развития, что, нередко, является критичным для их кардинального лечения (например, рака и ряда других заболеваний). Одновременно появляется возможность с помощью современных информационных технологий создания и хранения на различных носителях электронных объёмных «портретов» органов пациента (необходимых, например, для отслеживания их динамики).

Реализация проекта позволит параллельно с изготовлением установки подготовить ряд учебно-методических материалов и разработок как для подготовки медицинского персонала для работы на современном высокотехнологическом медицинском оборудовании, так и специалистов в области информационных технологий для прикладных целей в области медицины.

Конструкция устройства, основанная на хорошо изученных и широко используемых физических явлениях, не нуждается в доработках исследовательского характера.

Технические характеристики позволят размещать ТОМАР – 450 в обычных помещениях медицинских учреждений, не требующих существенной специальной доработки, а также не исключают его мобильный вариант.

Автор, не являясь специалистом, не проводил точных экономических расчетов и рыночных исследований. В экономических оценках автор ориентировался на общедоступную статистику онкологических и других, нуждающихся в точной диагностике заболеваний и на количество подобных установок в медицинских учреждениях России и за рубежом. Это позволило автору предположить положительную экономическую эффективность проекта.

4.1  Состояние проекта:

В научно-техническом отношении проект является концептуальным предложением, возникшим

на основе ранее известных и вновь разработанных технологий. В основе проекта предложены завершённые

научно-исследовательские разработки, доведённые до уровня эскизов, инженерных расчётов и конструкторских решений основных элементов изделия – резистивного электромагнита и электронных систем томографа. Реализация проекта не требует физико-технических доработок исследовательского характера.

В представленном здесь материале не присутствуют потенциально патентоспособные научно-технические материалы, не защищённые на данный момент патентными документами и не подлежащие опубликованию. Ряд научно-технических решений, заложенных в проекте, по мнению автора, обладает свойствами патентоспособности и нуждается в мероприятиях по их патентно-правовой защите для обеспечения юридической защищённости реализации всего проекта.

Глубокие экономические проработки проекта автором не проводились. Экономические оценки сделаны лишь на уровне компетентности автора, который в своих оценках исходил из широко доступных данных о количестве подобных изделий в РФ и за рубежом в регионах с различной заселённостью. Учитывались также стоимость разработки подобных установок, цены на подобные установки и их элементы, стоимость медицинских ЯМР - диагностических процедур, динамика роста населённости и уровень медицинского обслуживания регионов РФ.

4.2  Ключевые слова, отражающие основную идею проекта (разработки):

Ядерно-магнитный резонанс, магнитно-резонансная томография, ЯМР-томограф, компьютерный томограф, томографическое обследование, объёмное изображение органов, 3-D графические технологии, IT - технологии в медицине.

4.3  Участники осуществления проекта:

Головными организациями, участвующими в реализации проекта предполагаются:

1. Государственное образовательное учреждение Московской области Международный университет природы, общества и человека «Дубна» (г. Дубна, Московская обл.) - в качестве образовательного учреждения, предоставляющего ресурсы для разработки программного обеспечения (ПО) и других необходимых средств информационных (IT) технологий. Технологическая площадка для разработки средств IT- технологий и обучения персонала – кафедры «Системный анализ и управление» и «Информационные технологии».

2. Объединённый институт ядерных исследований (г. Дубна, Московская обл.) - в качестве предприятия предоставляющего ресурсы в виде помещений и оборудования для изготовления отдельных элементов, сборки и завершающей наладки установки. Технологическая сборочно-наладочная площадка - Лаборатория высоких энергий, корпус 201.

4.4  Порядок осуществления проекта

Весь проект ТОМАР – 450 может быть реализован в две стадии:

I стадия проекта - создание действующего макетного образца, на котором отрабатываются оптимальные режимы, требования к промышленному образцу и учебные программы.

II стадия проекта – создание промышленного образца, который завершается установкой томографа в медицинском учреждении (например, в Медико-санитарной части №9 ОИЯИ или в

Городской больнице г. Дубны) и организацией его эксплуатации.

Представляемое в данных материалах предложение предполагает реализацию I - й стадии проекта, для которого ниже приведены таблицы содержащие план-график реализации I - й стадии, а также перечни мероприятий и требуемых ресурсов.

I-я стадия проекта разбивается на следующие этапы :

1.  Разработка конструкторской документации, подготовка оборудования, изготовление элементов макета томографа и прототипа системы информационного обеспечения.

2.  Разработка и сборка макета установки. Отработка инженерно-конструкторских, технологических и системных IT-решений.

3.  Наладка установки и вывод систем томографа на оптимальные режимы. Проверка и доработка программного обеспечения.

4.  Проверочные испытания установки, обучение персонала.

Протяжённость I – й стадии проекта - 24 месяца ( 2007 – 2008 гг.).

Коммерциализация разработки:

Сущность бизнеса – привлечение инвестиций. Для реализации коммерческого проекта на основе предложенной разработки, предполагается составление отдельного пакета договоров, определяющих участие в проекте всех заинтересованных сторон.

Рыночные цены на изделия подобного типа колеблются в пределахмлн. рублей.

Цена томографического обследования колеблется от 2,5 до 15 тыс. рублей при возможности обслуживания более 15 чел. за рабочий день.

4.5  Коммерциализация проекта:

1.Томограф ТОМАР – 450 может быть использован для ЯМР – диагностики на платной основе.

2. По реализации проекта возможна продажа лицензии на производство установки.

3. По реализации проекта возможна организация производства установок с продажей изделий на уровне, по предварительной рыночной оценке, 5-15 шт. в год. Потенциальными потребителями томографа являются медицинские учреждения на уровне городских, областных и республиканских клинических больниц в РФ и за рубежом.

Коммерческие преимущества проекта вытекают из новых технических решений, заложенных в конструкцию изделия, которые позволяют понизить:

- стоимость изготовления установки, по сравнению с действующими ныне, в 2-3 раза;

- энергопотребление при эксплуатации томографа более, чем в 5 раз по отношению к действующим;

- эксплуатационные требования к электросети, водяному охлаждению и помехозащищённости;

- требования к помещению и установке;

повысить качество и информативность диагностических исследований за счёт повышения качества магнитного поля в рабочем объёме, новых конструкторских решений, улучшающих технические характеристики, и применения современных информационных IT - технологий.

4.6  Подробное описание проекта:

Сущность бизнеса – привлечение инвестиций. Для реализации коммерческого проекта на основе предложенной разработки, предполагается составление отдельного пакета договоров, определяющих участие в проекте всех заинтересованных сторон.

Рыночные цены на изделия подобного типа колеблются в пределахмлн. рублей.

Цена томографического обследования колеблется от 2,5 до 15 тыс. рублей при возможности обслуживания более 15 чел. за рабочий день.

Коммерциализация проекта:

1.Томограф ТОМАР – 450 может быть использован для ЯМР – диагностики на платной основе.

2. По реализации проекта возможна продажа лицензии на производство установки.

3. По реализации проекта возможна организация производства установок с продажей изделий на уровне, по предварительной рыночной оценке, 5-15 шт. в год. Потенциальными потребителями томографа являются медицинские учреждения на уровне городских, областных и республиканских клинических больниц в РФ и за рубежом.

Коммерческие преимущества проекта вытекают из новых технических решений, заложенных в конструкцию изделия, которые позволяют понизить:

- стоимость изготовления установки, по сравнению с действующими ныне, в 2-3 раза;

- энергопотребление при эксплуатации томографа более, чем в 5 раз по отношению к действующим;

- эксплуатационные требования к электросети, водяному охлаждению и помехозащищённости;

- требования к помещению и установке;

повысить качество и информативность диагностических исследований за счёт повышения качества магнитного поля в рабочем объёме, новых конструкторских решений, улучшающих технические характеристики, и применения современных информационных IT - технологий.

4.7  Подробное описание проекта:

На базе Государственного образовательного учреждения Московской области

Международного университета природы, общества и человека «Дубна» (Университет «Дубна») (г. Дубна, Московская обл.) и Объединённого института ядерных исследований (ОИЯИ) (г. Дубна, Московская обл.) предлагается реализовать инновационный проект на разработку и создание макетного образца, а, на втором этапе, изготовление промышленного образца компьютерного ядерно-магниторезонансного томографа ТОМАР – 450. Томограф ТОМАР – 450 предназначен для получения высококачественного объёмного изображения внутренних органов человека с использованием явления ядерного магнитного резонанса и современных информационных технологий.

ОИЯИ имеет 40-а летний опыт разработки и создания мощных электромагнитов специальных конструкций. В данном изделии конструкция, качество и свойства резистивного электромагнита имеют решающее значение как при получении изображений внутренних органов, так и при определении требований к мощности электросети, водоохлаждению и помещению.

Университет «Дубна», со своей стороны, готовит специалистов для разработки программного обеспечения и других необходимых средств IT - технологий используемых в данном изделии.

Всемирная и российская статистика онкологических и других, нуждающихся в точной диагностике заболеваний, а также ощутимое отсутствие удовлетворительного количества таких установок в медицинских учреждениях, как в РФ, так и за рубежом, позволяют предположит, по мнению автора, достаточно высокий спрос на установку и, следовательно, положительную экономическую эффективность предлагаемого проекта.

ЯМР - томограф ТОМАР – 450 предназначен для получения высококачественного, объёмного и цветного изображения внутренних органов живого человека с использованием явления ядерного магнитного резонанса и возможностей представления данных с помощью современных 3-D графических технологий.

Получение такого рода информации, очевидно, позволит лечащим врачам точнее и полнее диагностировать заболевания, что, несомненно, повысит уровень качества медицинского обслуживания.

Получение с помощью ЯМР - томографа ТОМАР – 450 и представления данных медицинского обследования внутренних органов в цветном трёхмерном виде является следующим этапом технологического развития диагностики подобно переходу от чёрно-белого телевидения к цветному объёмному изображению объектов.

На рисунках 2-4 приведено сравнение изображений внутренних органов, получаемых на современной диагностической аппаратуре с изображениями этих же органов, которые могут быть получены с помощью томографа ТОМАР – 450.

В состав томографа входят следующие узлы и блоки:

1. Электромагнит, создающий основное магнитное поле;

2. Катушки коррекции, обеспечивающие однородность поля в заданном объёме;

3. Градиентные катушки, создающие импульсные градиенты поля в 3-х плоскостях;

4. Высокочастотные катушки для возбуждения прецессии спинов и приёма сигнала;

5. Блок питания электромагнита, корректирующих и градиентных катушек;

6. Блок стабилизации основного поля;

7. Блоки электроники, осуществляющие формирование и усиление ВЧ - сигнала,

сигнала возбуждения, а также усиление, фильтрацию, квадратурное детектирование

и АЦП - преобразование информационного сигнала;

8. Управляемый стол пациента;

9. Блок управления работой томографа;

10. Система регистрации, обработки информации, построения и архивирования

изображений.

Основные технические характеристики томографа ТОМАР – 450

Область однородного магнитного поля - сфера - Ǿ 450 мм

Индукция в центре магнита - 0,12 Т

Однородность основного магнитного поля - 15 · 10-6

4. Разрешающая способность томографа - 0,5 мм

5. Время экспозиции -с

6. Потребляемая мощность электропитания - 10 кВт

7. Размер окна для ввода стола пациента - эллипс с осями - 560 мм (горизонтальная)

- 350 мм (вертикальная)

8. Расход охлаждающей (обычной) воды - 10 л/мин

9. Габариты электромагнита - высота – 760 мм

- диаметр – 1500 мм

10. Масса электромагнита - 2500 кг

11. Расстояние от центра поля до любой точки пространства, в которой магнитное поле менее 0,0005 Т (5 Э) - 2,5 м

Отличительной особенностью предлагаемой конструкции томографа является применение электромагнита нетрадиционной формы для создания основного магнитного поля. Томограф с таким электромагнитом обладает рядом преимуществ перед резистивными («тёплыми») томографами, применяемыми в настоящее время.

Во– первых, ориентация магнитного поля позволяет применить в томографе высокочастотную катушку в форме соленоида, что увеличивает отношение сигнал /шум в 2-3 раза и повышает качество изображения.

Во– вторых, применение стального ярма определённой конструкции позволит в 4 раза уменьшить вес (и, соответственно, стоимость) меди в основной обмотке и снизить потребляемую мощность электропитания с 60 – 100 кВт (в используемых в настоящее время резистивных томографах) до 10 кВт.

Это снижение электропотребления ведёт как к уменьшению расходов при эксплуатации, так и уменьшению стоимости изготовления блока питания томографа. Снижение электропотребления до 10 кВт позволяет потребителю не создавать в помещении мощную силовую сеть.

В-третьих, характерная для таких электромагнитов небольшая величина полей рассеяния и вес позволяют отказаться от сооружения специальной экранированной комнаты для томографа.

В-четвёртых, специальная система стабилизации основного поля позволяет отказаться от традиционной двухконтурной системы охлаждения (дистиллированная вода – теплообменник - обычная вода) и перейти к одноконтурной, использующей обычную воду, что снижает затраты и упрощает эксплуатацию.

4.8  Финансирование разработки:

Расходы на весь проект «ТОМАР –450» (обе стадии) оценивается автором в 180 млн. рублей.

Финансирование разработки может быть осуществлено в два этапа, соответственно стадиям реализации, из которых состоит инновационный проект с, ориентировочно, равными затратами на каждую стадию:

я стадия – Создание действующего макетного образца;

2 - я стадия – Изготовление головного промышленного образца.

Стадии реализации инновационного проекта «ТОМАР –450»	I Макетный образец	II Промышленный образец
Затраты, млн. рублей	90,26	~ 90
Общая стоимость проекта	~ 180 млн. рублей

Вклады головных организаций – участников проекта предполагаются в виде предоставления технологических помещений, оборудования и специалистов.

Представленные ниже материалы (план-график реализации первой стадии, перечень мероприятий и требуемых ресурсов) подготовлены для реализации первой стадии проекта «ТОМАР –450».

Таблица 18.1 - Структурно-логическая матрица I - й стадии проекта ТОМАР – 450

Общая цель проекта	Индикаторы прогресса	Способ измерения индикаторов	Предположения и риски
Создание действующего макетного образца ЯМР – томографа нового поколения и учебных программ на его базе	Получение данных о 3-хмерных изображениях исследуемых органов. Новые учебные программы.	Актирование проверочных испытаний установки. Утверждение учебных программ.	Качественно новая информация о состоянии внутренних органов человека
Специфические цели проекта	Индикаторы прогресса	Способ измерения индикаторов	Предположения и риски
1. Разработка технического задания	Пакет документации	Официальный отчет
2. Разработка технического проекта	Пакет документации	Официальный отчет
3. Конструкторская проработка магнита	Пакет документации	Официальный отчет
4. Проведение патентно-правовых мероприятий по проекту	Пакет документации	Патентные заявки
5. Оборудование и подготовка технологической линии изготовления магнита	Установленное оборудование	Официальный отчет	Своевременные поставки
6.Конструкторская проработка электронного оборудования	Пакет документации	Официальный отчет
7. Оборудование и подготовка технологической линии изготовления отдельных блоков и элементов электроники	Установленное оборудование	Официальный отчет	Своевременные поставки
8. Проработка макета информационно-технологической системы	Тестовые модельные испытания	Официальный отчет
9. Оборудование технологической линии сборочно-монтажных операций	Установленное оборудование	Тестовые испытания. Официальный отчет	Своевременные поставки
10. Разработка и монтаж макета установки. Отработка инженерно-конструкторских, технологических и системных IT-решений.	Установленное оборудование	. Официальный отчет
11. Проведение стендовых магнитных испытаний и измерений	Пакет документации	Тестовые испытания. Официальный отчет
12. Наладка установки и вывод систем томографа на оптимальные режимы. Проверка и доработка программного обеспечения.	Установленное оборудование. Пакет документации	Тестовые испытания. Официальный отчет
13.Подготовка курсов по подготовке специалистов инженерно-оперативного и медицинского оперативного персонала	Учебные программы	Утверждённые учебные программы
14 Проверочно-наладочные испытания и сдача-приёмка действующего макета томографа ТОММАР – 450. Обучение персонала.	Установленное оборудование. Пакет документации	Тестовые испытания. Официальный отчет. Экзаменационное тестирование
Результаты	Индикаторы прогресса	Способ измерения индикаторов	Предположения и риски
1. Действующий макетный образец ЯМР – томографа	Снимки и 3-х мерные изображения органов Пакет документации	Официальные отчеты на основе тестовых испытаний	Своевременные поставки
2. Учебные курсы по подготовке инженерно-оперативного и медицинского оперативного персонала.	Учебные программы курсов подготовки специалистов	Утверждённые учебные программы.

Таблица 18.2