Физики заставят плазму потрудиться
Недавно вышла книга «Теплая равновесная и холодная неравновесная электронно-пучковая плазма. Фундаментальные основы и технологии». Авторы — академик РАН Эдуард СОН и доктор наук Равиль Шарафутдинов. Содержание работы перекликается с проектом, выполняемым по гранту Российского научного фонда, которого удостоился руководитель отдела Объединенного института высоких температур РАН, заведующий кафедрой МФТИ Э.Сон. Книга знакомит с широчайшими возможностями применения низкотемпературной плазмы, а грант предполагает реализовать их на практике.
— Напомню, плазма — четвертое состояние вещества наряду с твердой, жидкой и газообразной, — объясняет Эдуард Евгеньевич. — Она может быть горячей (термоядерной), теплой (дуговой) и холодной (атмосферной или вакуумной). О последней и пойдет речь. Более 50 лет кафедры физической механики МФТИ и ОИВТ изучают плазму и разрабатывают на ее основе перспективные технологии для различных областей техники. И когда РНФ объявил конкурс на образование лаборатории мирового уровня (октябрь 2020 года), а также создание и внедрение новых технологий в промышленности, мы представили шесть наших самых перспективных разработок в области холодной плазмы и проект их освоения, находящийся на передовом крае науки. Результаты конкурса Фонд объявил 20 февраля уже нынешнего года, и мы оказались в числе победителей. Грант «Фундаментальные принципы холодной, многофазной, неравновесной плазмы и технологии на ее основе» ставит перед нами две крупные и сложные задачи: провести фундаментальные исследования и на их основе создать практические приложения.
— Два проекта в одном гранте — вас это не смутило?
— Нет, ведь цели мы сформулировали сами. Однако возможности их осуществления появились только сейчас благодаря гранту РНФ. Наша команда — это 23 человека: среди них — 7 докторов наук и 15 кандидатов. По условиям гранта мы должны пригласить еще троих постдоков (кандидатов наук до 35 лет) из отечественных институтов, а можем из зарубежных. Для нас это не проблема. Мои ученики работают чуть ли не по всему миру. Например, в Казахстане (Институт ядерной физики), США (Принстон, МИТ), Франции, Республике Корея. Нашим будущим сотрудникам гарантированы перспективные исследования, участие в публикациях, достойная заработная плата. При условии активной работы за четыре-семь лет они могут стать высококвалифицированными специалистами — докторами наук. С моими учениками это происходит быстро. Между прочим, на моей кафедре физической механики в МФТИ за последние 10 лет процент защиты кандидатских диссертаций составил 100. А четверо молодых ученых (35-40 лет) за последние два года защитили докторские диссертации (скоро состоится еще одна защита). Добавлю, что мы обязательно привлечем к работе над грантом студентов МФТИ и Казанского федерального университета, а также специалистов организаций, с которыми сотрудничаем уже много лет.
— Какова цель ваших фундаментальных исследований?
— Они предусматривают изучение сложного комплекса явлений и процессов в холодной плазме при воздействии электрических и магнитных полей, пучков заряженных частиц, сверхзвуковых потоков. Известно, что эффективность химических процессов зависит от температуры: чем она выше, тем быстрее они протекают. Требование вроде бы понятное, лежащее на поверхности, однако до сих пор трудно осуществимое. Ведь по известному закону Аррениуса скорость реакции в холодной плазме мала, поэтому большая часть выделяемой энергии расходуется фактически впустую. В результате эти технологии до сих пор были малоэффективны. А мы предлагаем воздействовать на плазму внешним источником ионизации — электронным пучком, что приводит ее в состояние неравновесной холодной плазмы с большим числом высокоэнергетических электронов, они могут ускорить реакции чуть ли не в тысячу раз.
Эту задачу мы и беремся решить, для чего проведем ряд исследований и экспериментов. И не в одиночку, а объединившись в консорциум, в который входят несколько организаций. Так нам предписывает грант. И это для нас не проблема, поскольку многие годы мы тесно сотрудничаем с университетами и академическими организациями. В числе ближайших партнеров: Институт теплофизики СО РАН, Казанский федеральный университет, Казанский авиационный институт, московские МФТИ, МИФИ, РУДН, Санкт-Петербургский политех и др.
Только при выполнении условий разработки новых технологий возможно продолжение гранта еще на три года. Вместе мы будем их создавать и внедрять в промышленность. Прежде всего это новые плазменные процессы и материалы для аэрокосмической и атомной индустрии, медицины, экологии, электроники. За каждое направление будут отвечать наши сотрудники, а помогать им — члены консорциума. При условии выполнения всех требований Фонд на конкурсной основе может продлить нам грант. Таким образом, его продолжительность, а значит, и финансовая поддержка составят аж семь лет. В таких долгосрочных проектах, по нашему мнению, сейчас особенно нуждаются ученые. Поэтому мы ценим инициативу Фонда.
Но и это еще не все. Грант предусматривает участие в проекте так называемых индустриальных партнеров. Фактически это инвесторы, вкладывающие средства в наши разработки, поскольку заинтересованы в их освоении. Мы обратились к компании «ТВЭЛ» — она производит атомные реакторы, действующие в России и за рубежом, другое инновационное оборудование. Компания еще до конкурса РНФ обратила внимание на наши проекты и выразила готовность участвовать в их освоении, а также в создании лаборатории, оснащенной по последнему слову техники. Без нее невозможно провести фундаментальные и прикладные исследования. Это едва ли не главное условие выполнения всего проекта. И еще. В рамках соглашения, подписанного в прошлом году в ознаменование 75-летия атомной промышленности между РАН и Росатомом, планируем создать совместный центр.
Выполнение гранта начали с закупки нового оборудования: электронных пушек, сверхзвуковых систем вывода электронного пучка в атмосферу, оборудования для диагностики. Одних только приборов потребуется не меньше пяти-шести. Возможно, удастся дополнительно воспользоваться оборудованием других организаций: например, РУДН. Для координации работ привлечем Научный совет по физике низкотемпературной плазмы РАН, который сотрудничает со всеми отечественными организациями, занимающимися этой тематикой, а также зарубежными. Рассчитываем на прочные связи с предприятиями и организациями, для которых выполняем хоздоговорные работы.
— Расскажите, пожалуйста, о практических приложениях.
— Пожалуй, самый крупный и важный проект — создание перспективного метода использования в плазме электронных пучков для получения жидкого топлива из газа. Многое в его разработке уже сделано, причем давно, ведь заниматься им я начал, еще когда был аспирантом. Электронный пучок выступает в качестве ускорителя химических реакций. Мы предлагаем вводить его в газ с помощью сверхзвукового сопла Лаваля. Для чего необходимо создать плазменный комплекс. Это наше совместное с Р.Шарафутдиновым (Институт теплофизики СО РАН) ноу-хау. Чтобы убедиться в эффективности технологии, предстоит провести многочисленные эксперименты. Фактически речь идет об отработке нового научного направления. А пока с помощью суперкомпьютеров проводим сложные расчеты плазмохимических процессов в плазме с электрическими и магнитными полями и электронными пучками. И, конечно, выполняем многочисленные заказы промышленности. Например, вместе с «МИСиС» разрабатываем новые материалы и аддитивные технологии для авиационной и аэрокосмической техники. Для экологов отрабатываем плазменные способы очистки воздуха и поверхностей, содержащих вирусы. Предприятия и организации рассчитывают на нас, ведь нас знают как надежных партнеров, авторов перспективных технологий, которые реализуются в промышленности.
Юрий Дризе
Нет комментариев