Новости

29 апреля, 2021 16:07

Укрощение холодной. Физики заставят плазму потрудиться

Источник: Поиск
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 Эдуард Сон. Книга знакомит с широчайшими возможностями применения низкотемпературной плазмы, а грант предполагает реализовать их на практике.
Эдуард Сон, член-корреспондент Российской академии наук, руководитель отдела Объединенного института высоких температур РАН, заведующий кафедрой МФТИ. Источник: Корё

– 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.


Источник: Поиск

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

17 мая, 2021
Открытие российских физиков сформировало новые принципы синтеза элементов спинтроники
Физики НИЦ «Курчатовский институт» разработали новую стратегию получения перспективных материалов ...
29 апреля, 2021
Эффекты поляризации углеродных нанотрубок позволят использовать их в запоминающих устройствах и наногенераторах
Российские ученые выяснили, что возникновение поляризации и изменение проводимости нанотрубок в от...