С запасом прочности. Новые материалы обеспечат безопасность энергетики.

В Москве завершилась XV Российская конференция с международным участием по теплофизическим свойствам веществ (РКТС-15), главными организаторами которой выступили Объединенный институт высоких температур РАН, МФТИ, МИСИС и МЭИ. Это регулярное мероприятие относится к категории основных теплофизических форумов, проводимых в мире, в число которых входят: Европейская конференция по теплофизическим свойствам, Азиатская конференция по теплофизическим свойствам и Симпозиум по теплофизическим свойствам, проходящий в США. В РКТС-15 приняли участие свыше 350 человек, которые сделали около 270 устных докладов. Примечательно, что в этом году возросло число иностранных участников, — в Москву приехали ученые из Германии, Израиля, США, Франции, Швейцарии и других стран. 

Открылась конференция блоком пленарных докладов. Выступление академика Владимира Фортова был посвящено новейшим исследованиям в области изучения теплофизических свойств веществ в экстремальных условиях. Его коллега из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) Николя Марзари рассказал о новом направлении — конструировании материалов будущего, которое активно развивается в последние годы благодаря применению суперкомпьютеров, позволяющих рассчитать свойства любого вещества. Третий доклад сделал профессор Королевского технологического института Стокгольма (KTH) Анатолий Белоножко, он был посвящен строению Земли и конкретно ядру нашей планеты, состоящему, как выяснилось, из железа (это было установлено в ходе зондирования звуковыми волнами). В четвертом выступлении — Вадима Петрова из МИРЭА — речь шла о материалах ракетно-космической техники, которые должны обладать особыми свойствами, связанными, например, с поглощением излучения.

Председатель оргкомитета конференции, председатель Национального комитета по теплофизическим свойствам вещества, руководитель Центра теплофизики и электрофизики ОИВТ РАН академик Эдуард Сон пояснил, что его институт является в нашей стране головным по новым видам энергетики. В свою очередь, будущее энергетики — ядерные, термоядерные станции — во многом определяется теми материалами и веществами, которые используются при их создании. 

Оценивая значение конференции, Э.Сон отметил:

— Важно быть в курсе того, какие новые материалы сегодня появляются, конструируются. Так, в докладе профессора Марзари говорилось о том, что сейчас большое внимание уделяется двумерным материалам (яркий пример — графен), применение которых может быть, в частности, связано с атомной энергетикой. В последнее время для предотвращения нештатных ситуаций под реакторами делается “ловушка” из высокопрочных материалов, которые выдерживают высокие температуры, давление и т.д. Их создание — требование времени. Новые высокопрочные материалы находят применение и в ракето-космической технике, и в электронике. Изучению их свойств и была посвящена конференция.

Как же на мировом фоне смотрятся отечественные исследования?

— Если говорить об экстремальных состояниях вещества, то по этой тематике Россия традиционно занимает одно из первых мест. Наука о свойствах вещества при сильном давлении, взрыве является фундаментальной. Владимир Фортов в своем докладе отмечал, что существуют три основных способа получения вещества в экстремальном состоянии. Первый — алмазная наковальня, второй — лазеры (сегодня он основной), третий — ядерный взрыв (в настоящее время подобные испытания запрещены). Здесь стоит вспомнить развитие физики атомных взрывов: работы основоположников этой науки российских ученых Льва Альтшулера, Якова Зельдовича, Сергея Годунова признаны во всем мире. По экспериментам и расчетам в этой области у России всегда было бесспорное лидерство, — подчеркнул Э.Сон. 

По мнению ученого, заслуга ОИВТ РАН и Владимира Фортова, долгое время возглавлявшего институт, — в объединении усилий разных организаций, среди которых два знаменитых ядерных центра: Всероссийский НИИ технической физики (Снежинск) и Всероссийский НИИ экспериментальной физики (Саров), где проводились соответствующие исследования. 

Одна из проблем, которая решается сегодня в области создания новых материалов, — низкотемпературная сверхпроводимость. Как получить материалы, которые имеют нулевое сопротивление при комнатной температуре? 

— Раньше это пытались делать химическими методами, — рассказал Э.Сон. — Сейчас идея такая: нужную структуру можно рассчитать с применением сложных программ квантового моделирования материалов. То есть сначала путем компьютерных расчетов создается виртуальный материал, который затем может быть воспроизведен с помощью современного материаловедения, включая 3D-печать. Эта область называется “электронное материаловедение”, и за ним — будущее. Но все же еще несколько лет основными останутся классические методы.

По словам руководителя Отдела теплофизических данных ОИВТ кандидата физико-математических наук Игоря Морозова, возможности численного моделирования фундаментальных физических процессов особенно привлекают молодежь. Прежде всего, по мнению ученого, тем, что здесь можно начинать работу достаточно рано, не надо несколько лет ждать создания установки. К тому же в ОИВТ есть свой суперкомпьютерный кластер, вошедший в ТОП-50 лучших российских кластеров. В ходе конференции молодые ученые могли представить результаты своих исследований в виде устных докладов и в качестве экспонатов постерной сессии.

Если же говорить об имеющихся современных установках, где можно воспроизводить экстремальные состояния вещества, то сегодня созданы или готовятся к запуску несколько таких машин. Самая мощная из них — National Ignition Facility в Ливерморской национальной лаборатории (США) — это национальный научный комплекс для осуществления инерциального термоядерного синтеза с помощью лазеров. Следующая крупнейшая установка в мире будет создана в России — NICA — это машина для получения сверхвыcоких энергий. Есть также лазер Omega в Университете Рочестера (США) и две установки в Германии — FAIR, на которой через год начнутся первые эксперименты по столкновению пучков ионов высоких энергий и по магнитному удержанию плазмы, и запущенный три года назад стелларатор W7-X — экспериментальная установка для исследования высокотемпературной плазмы, расположенная в Грайфсвальде. 

— Это основные эксперименты, которые создаются или уже созданы в мире, и здесь России отводится довольно большая роль. То есть наши позиции в науке об экстремальных состояниях вещества — передовые. Теоретические основы были заложены еще в СССР, а сейчас мы стараемся не потерять свои достижения. О том, что это удается, свидетельствует хотя бы тот факт, что сотрудниками только нашего института ежегодно публикуются несколько статей в журналах группы Nature и других высокоимпактных международных изданиях, посвященных высоким давлениям и температурам, другим экстремальным состояниям. Успешное проведение конференции, участие в ней внушительного числа иностранных докладчиков также подтверждает большой интерес в мире к работам, которые ведутся в этой области в России, — заключил Э.Сон.