Они разработали математическую модель, позволяющую анализировать внутреннее строение материала на уровне микрочастиц. Алгоритм способен предсказывать, как жидкость перемещается по порам и где она может просачиваться.
Специалисты Стэнфордского университета предложили метод, который облегчит выбор мест для захоронения ядерных отходов и хранения СО₂ под землей. Они создали математическую модель, позволяющую лучше понять внутреннюю структуру пород на микроскопическом уровне.
Идея возникла из настольной игры «Морской бой»: зная местоположение одной точки, можно предположить, где находятся другие. Так ученые научились формировать карту мельчайших частиц вещества и рассчитывать, как через эти поры со временем будут двигаться жидкости или газы.
Ключевым преимуществом данного подхода является то, что он позволяет работать с материалами сложной структуры, где частицы распределены неравномерно. Это особенно актуально при выборе площадок для захоронения радиоактивных остатков и закачки углекислоты, поскольку микротрещины и пустоты в породах могут повлиять на их герметичность. Применяя новый метод, можно заранее оценить, как поведут себя подземные слои через десятки или даже тысячи лет, что существенно снижает риск утечек и загрязнения окружающей среды.
В основе работы лежит статистическая схема — модель Пуассона. Она позволяет предсказать расположение частиц внутри материала на основе случайных координат. Для более точных расчетов использовались методы стохастической геометрии — науки, изучающей хаотичные структуры. Изначально расчеты проводились вручную, однако объем формул оказался настолько большим, что понадобились суперкомпьютеры. Для моделирования трех точек требуется обработать 128 уравнений, каждое из которых учитывает положение и взаимное влияние элементов породы.
Полученные результаты позволили понять, как микроструктура влияет на физические свойства вещества — прочность, плотность, упругость, электропроводность и теплопередачу. Эти данные используются при оценке подземных хранилищ, а также в строительстве, материаловедении, гидрогеологии и энергетике. Например, с помощью такого моделирования инженеры могут улучшить состав бетона, оптимизировав распределение пор и добавив в смесь материалы, такие как золы уноса или биоуголь. Это поможет уменьшить долю цемента, сократить выбросы СО₂, повысить прочность и снизить себестоимость строительных материалов.
