В Национальном исследовательском ядерном университете "МИФИ" проходит Международная конференция "Взаимодействие ионов с поверхностью". В связи с этим завкафедрой физики плазмы МИФИ, и.о. руководителя Центра ПЛИТ Валерий Курнаев в интервью корреспонденту РИА Новости Юлии Осиповой рассказал о термоядерных реакторах, церковных куполах и талантливых лицеистах.
- Валерий Александрович, конференция, посвященная взаимодействию ионов с поверхностью, проводится уже 22-ой раз и всегда собирает мировых светил в этой области. Не могли бы Вы провести короткий ликбез: почему ученые столь увлечены взаимодействием ионов с поверхностью? И какой от этого прок?
— Весь мир состоит из атомов, а атомы — из ядра и электронов. Если атомы нагреть, у них отрываются электроны, остаются отдельно ионы с положительным зарядом и отдельно электроны. Если таких ионов и электронов много, получается плазма, которая квазинейтральна. Физика плазмы как раз занимается таким состоянием вещества, когда материя существует в виде ионов и электронов.
Солнце — наш естественный термоядерный реактор — состоит из плазмы. Молнии — тоже плазма. В лампах горит плазма. В наших квартирах установлены плазменные экраны телевизоров. Применение плазмы огромно и продуктивно. Современная промышленность повсеместно и с удовольствием переходит на плазменные и лазерные технологии.
Технологии, связанные с воздействием ионов на поверхность, начали развиваться в 70-х годах, когда наука считалась приоритетным направлением для СССР. Многие исследования в этой области стали тогда пионерскими. С момента первой конференции по взаимодействию ионов с поверхностью прошло 44 года. Название остается неизменным, но содержательная часть всегда очень меняется — появляются новые направления, идет непрерывный прогресс.
Эффект воздействия плазмы на поверхность связан в основном с воздействием на нее ионов. Эти ионы ускоренные, и когда они попадают на поверхность твердого тела (металлы, полупроводники, диэлектрики), они производят всевозможные эффекты, в том числе, эффекты, которые необычайно востребованы цивилизацией. Так, можно получить покрытия с высокой твердостью, очень низким коэффициентом трения или другими очень полезными свойствами.
- Где и как можно воспользоваться такими эффектами? Не могли бы Вы привести простой пример того, как плазменные технологии могут повлиять на нашу жизнедеятельность?
— Купола церквей покрыты нитридом титана, который образуется только в плазме (соединением титана с азотом) и обладает сверхпрочными и уникальными коррозийностойкими свойствами. Это покрытие было изобретено в России в ходе исследований по управляемому термоядерному синтезу. Россия, а точнее Средмаш (ныне Росатом), продала лицензию на нитрид титана за миллион долларов.
Без плазменных процессов ничего не сделаешь, они обязательно присутствуют, например, при производстве, смартфонов, чипов, автомобилей и много другого.
- Что сейчас представляет из себя Центр плазменных, лазерных исследований и технологий?
— ПЛИТ был образован год назад, когда в одном Центре были объединены существующие в МИФИ кафедры физики лазеров, плазмы, лазерных микро и нанотехнологий, полупроводниковой квантовой электроники, физики твердого тела и наносистем, а также ряд лабораторий по этой тематике. В центре, научным руководителем которого является академик Крохин, представлены 4 ведущие российские научные школы.
Вот такое объединение сильных научных коллективов и подразделений в одном Центре расширяет горизонты и позволяет совместно использовать экспериментальную базу. Мы взаимообогащаемся и рассчитываем получить хороший синергетический эффект.
У нас сейчас 50 аспирантов. Было бы неплохо, если бы каждый из них защитил кандидатскую, а потом и докторскую диссертации.
— В ПЛИТе проходят практику одаренные школьники из лицеев. Многие из них, наверняка, потом поступят в МИФИ, станут физиками-ядерщиками. Как Вы думаете, чем сегодняшние лицеисты будут заниматься в Вашем Центре через 5-10 лет?
— Есть очень талантливые ребята, и наши ученые читают им лекции. У нас 5 школьников стали победителями Юниор по секции физики. Сегодняшние лицеисты обязательно продолжат решать проблему управляемого термоядерного реактора, что позволит в итоге получить экологически чистый и неисчерпаемый источник энергии. Вековечная мечта человечества. После демонстрации на строящемся международном реакторе того, что на Земле можно практически и безопасно реализовать технологию управляемого термоядерного синтеза, будет построен реактор следующего поколения DEMO и промышленная термоядерная электростанция. Это тематика сейчас востребована во всем мире, достаточно сказать, что в ней участвуют страны, представляющие большую часть населения планеты, а наши ученые и инженеры занимают одну из лидирующих позиций.
Еще один пример — высокотемпературная сверхпроводимость, ученые и выпускники Центра обязательно продолжат работы, которые приведут к настоящей революции в промышленности и экономике страны: вместо линий высоковольтных передач, которые тратят много энергии на ее транспортировку, будут использоваться сверхпроводники, не потребляющие энергии и позволяющие сэкономить огромные средства.
Человечество ломает голову над усовершенствованием автомобиля, не загрязняющего атмосферу — электромобиля или автомобиля с водородным двигателем. Сегодня решается задача создания энергоемкого аккумулятора. Уже анонсирован автомобиль, который проходит 350 км без подзарядки. Проблема в том, что нужно построить станции, где такие автомобили будут подзаряжаться, но не много часов, как сейчас, а гораздо быстрее. В связи с этим возникает проблема энергоемких автономных источников питания и суперконденсаторов.
Я уже не говорю о медицинской сфере применения лазерных технологий. В Центре разрабатываются методы лазерного лечения псориаза, бесконтактного метода анализа уровня сахара в крови при диабете, в стоматологии, офтальмологии и пр.
Все, что я перечислил, делает человеческую жизнь более комфортной и менее затратной на обеспечение ее высокого уровня.
- А кто сейчас считается в плазменной тематике номером один в России и в мире?
— Плазменная тематика имеет несколько направлений. И если в нашей стране какое-то направление получает номинацию, как ведущая научная школа, то в России она точно считается номером один.
В мире, конечно, сложнее. 20 лет недофинансирования российской науки привели к тому, что западная наука (да и Япония, Корея, Китай), продолжая строить новые и очень дорогие установки, все время получала новые возможность для передовых исследований. Мы не имели этих денег, наша экспериментальная база в области крупных исследовательских установок отстала, однако мы стали инициаторами и участниками многих международных проектов.
Так, например, реактор ИТЭР строится во французской провинции Прованс по российскому типу установок для удержания плазмы, и Россия является одним из главных участником этого международного проекта, цена которого составляет десятки миллиардов евро.
- Зачем в Провансе реактор?
— Вы бы знали, как французы боролись за этот проект! Это была жесточайшая борьба с Японией, Испанией и Канадой. ИТЭР — огромные капиталовложения, рабочие места и новые технологии. И только сложнейшие амбициозные задачи рождают новые технологии. Например, в этом проекте мы непревзойденные в области сверхпроводников. Наши сверхпроводники лучшие в мире, и все это признают.
- С какими еще крупными установками сотрудничает ПЛИТ? Стремитесь ли Вы расширять международное сотрудничество?
— Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах XFEL, мощные лазерные установки. Там есть очень серьезные достижения по исследованию в области сверхплотных состояний вещества. Так, с помощью лазера смоделированы мощные выбросы газа и плазмы из центров астрономических объектов — джеты.
ПЛИТ активно сотрудничает с синхротронными центрами Германии, Франции и Швеции, а также с мировыми лазерными центрами. С Институтом Нанотехнологий (Франция) мы проводим совместные исследования графеновых и фотонных кристаллов для микролазеров, с Университетом Рома Тре (Италия) изучаем алмазные детекторы излучения высокой энергии, с Университетом Лорейн (Франция) — люминесцентное отображение человеческих органов при воздействии наночастиц и пр. Только по плазменной и термоядерной тематике за последний год мы заключили соглашения о сотрудничестве с Университетами Иллинойса (США), Гента (Бельгия), Европейской ассоциацией FUSENET, 2-мя институтами во Франции и Германии. Всего ПЛИТ сотрудничает более чем с 20-ю международными и национальными центрами и 30-ю зарубежными университетами.
- Что Вы можете сказать о техническом оснащении в самом Центре? На каком оборудовании ведутся исследования?
— Существенный скачок в обновлении базы МИФИ произошел в 2007 году, после того, когда правительство приняло программу развития университетов. Мы выиграли мегагрант и начали обновлять оборудование. МИФИ закупил оборудования на сотни миллионов. Был построен современнейший наноцентр — один из лучших в России.
Мы также получаем финансирование от Росатома, ведь все прекрасно понимают, что, не вкладывая деньги в образование, не стоит ждать позитивного результата. В принципе, сейчас у нас хорошая экспериментальная база, есть самые разные технологические и аналитические установки.
Да, мы активно используем зарубежные связи и возможности для сотрудничества, благодаря чему находимся на переднем крае науки. И немцы, и японцы, работающие с нашими ребятами, признают: "у ваших студентов и выпускников очень креативный ум и лучшее знание математики".