русский     english

поиск по сайту:  
Сегодня 16 сентября 2019 г. понедельник
Написать письмоКарта сайтаНа главную
О нас Фотогалерея Обратная связь Контакты
 


vitnam

serbia20201

kazahstan20120

Архив изданий | Атомный проект | Журнал "Россия: атомный проект", выпуск 8 | Юбилей | Век физики - вчера, сегодня и завтра |


Век физики – вчера, сегодня и завтра

Исторический факт: выдающийся британский ученый, «отец ядерной физики», Нобелевский лауреат Эрнест Резерфорд до конца своих дней утверждал, что ядерная физика – наука, не имеющая никакого практического значения. Великий физик, обладавший потрясающей интуицией, на этот раз ошибся в прогнозах: довольно вскоре был построен атомный реактор. Всего через восемь лет после смерти Резерфорда человечество взяло на вооружение – в прямом смысле слова – атомную бомбу, а едва оправившись от последствий собственной дерзости, поставило себе на службу мирный атом. О перспективах и проблемах использования достижений ядерной физики – наш разговор с директором Института прикладной физики Российской Академии наук (ИПФ РАН) А. Г. Литваком: 5.5Kb – Активному возрождению атомной энергетики способствовали два ее очевидных свойства: наличие большого потенциального ресурса и экологическая составляющая. Несмотря на то, что никто пока не решается однозначно утверждать, что глобальные климатические изменения на планете напрямую связаны с деятельностью человека, ясно, что игнорировать это обстоятельство невозможно. А отсюда следует, что энергетика с наименьшим экологическим влиянием, конечно, будет существенно более востребована. На сегодняшний день безуглеродная атомная энергетика в этом отношении вне конкуренции. Конечно, у нее есть свои проблемы, и в первую очередь они связаны с захоронением ядерных отходов. Но сейчас многое делается в этом направлении. Так, в США ведутся работы, связанные с плазменными методами фильтрации радиоактивных отходов. Как известно, в отходах радиоактивными являются тяжелые элементы. Поэтому возникла идея фильтрации отходов с тем, чтобы отделить легкую безопасную компоненту, после чего объем радиоактивных отходов, обязательных для захоронения, может быть сокращен примерно раза в четыре. В исследованиях этого процесса фильтрации принимал участие наш институт. Сейчас разработка подобного проекта обсуждается и у нас в стране. Кстати, на проведенной в июле 2010 г. нашим институтом крупной международной конференции «Рубежи нелинейной физики» одна из секций была связана с климатологией. Ведь наука о климате является существенно нелинейной наукой. Участие в конференции принимали известные ученые – и российские, и зарубежные, в том числе, профессор Джойс Пеннер (США), лауреат Нобелевской премии мира, полученной за исследования изменения климата. На круглом столе, проведенном на конференции, отмечалось влияние гомогенных факторов, связанных с углеродной энергетикой, на глобальный климат. Ясно, что дальнейшее развитие атомной энергетики является чрезвычайно актуальным для человечества. Не случайно сегодня программы сооружения новых атомных станций имеют многие страны мира. Даже в Германии, где всего лишь десять лет назад на волне прихода к власти «зеленого» правительства, будущее атомной энергетики казалось весьма мрачным, снова возрождается активный интерес к строительству новых атомных реакторов. – Александр Григорьевич, в орбиту «ядерного ренессанса» втягивается все большее число государств, причем, не только традиционно «атомных», но и совершенно новых. Это влечет за собой создание различных международных проектов, в частности, наиболее известные из них – ИНПРО ( международный проект по инновационным ядерным реакторам и топливным циклам ­Ред.) и Generation IV. Но в атомной энергетике, как и во всякой другой отрасли, господствуют законы рынка. Ни отдельные государства, ни отдельные компании не заинтересованы в передаче своих ноу­хау. Как же совместить эти две реалии: необходимость в объединении усилий и стремление оставаться единственным обладателем уникальной технологии? – Это всегда сложная проблема: как совместить интересы конкретных фирм с невозможностью реализовать какие­то сложные и дорогостоящие проекты в одиночку. Поэтому все международные программы направлены на то, чтобы общими усилиями решать принципиальные вопросы. А технологии остаются секретом конкретной фирмы и либо защищены патентами, либо о них вообще не рассказывается. Например, когда еще только проектировали международный термоядерный реактор ITER, возникало предложение о том, чтобы всю технологическую информацию сделать общей, но это предложение просто подняли на смех. Вместе с тем, довольно много принципиальных вещей, которые решаются коллегиально: какого типа реакторы предпочтительнее строить? какими должны быть требования по безопасности? какие материалы следует использовать? и т. д. Такой информацией, конечно, активно обмениваются и делятся. – Вы упомянули о строительстве термоядерного реактора. Это тоже один из крупнейших международных проектов. Во сколько оценивается создание первого термоядерного реактора? – Вначале называлась сумма в 6 млрд евро, потом, по требованию стран­участников ограничив круг решаемых проблем, ее сократили до 4 млрд, а сейчас, когда уже началось сооружение реактора, утверждается, что стоимость работ поднимется до 15 млрд евро. В конце июля 2010 г. состоялось очередное заседание научно­технического совета ITER, на котором озвучили именно такую цифру. – Впечатляюще! Особенно, если учесть, что практического эффекта от самого реактора пока не ожидается. – Но это должно дать необходимую информацию для конструирования термоядерной электростанции. Следующий этап ДЕМО – создание демонстрационной модели опытной термоядерной электростанции реактора – запланирован на 2030 год, а реальное строительство термоядерных электростанций ожидается в середине этого века. Сейчас довольно активно разрабатывается еще одно направление, которое прежде обсуждалось, но не особенно серьезно: это гибридный реактор. Речь идет вот о чем. Реактор на быстрых нейтронах – это реактор, работающий непосредственно на плутонии и производящий обогащение за счет облучения урана­238 нейтронами, являющимися продуктами реакции деления. В гибридном реакторе источником нейтронов является термоядерная установка, которая окружена бланкетом, содержащим необогащенные ядерные материалы, в том числе, отходы обычных тепловых атомных реакторов. В такой схеме происходит обогащение трансурановых элементов бланкета, где может происходить ядерная реакция деления и выделяться энергия. В то же время требования к термоядерному реактору существенно ослаблены, т. к. его энерговыход теперь не должен превышать затраты на осуществление термоядерной реакции синтеза. Гибридный реактор может в принципе использоваться и для переработки радиоактивных отходов обычных атомных реакторов в безопасные элементы. Идея создания гибридного реактора сейчас, можно сказать, в большой моде. Американцы обсуждают лазерный вариант, поскольку надеются уже к концу 2010 года получить большой выход нейтронов на крупнейшей лазерной установке NIF в Ливерморской лаборатории, а сам гибридный реактор планируют создать уже к 2020 году. В Англии и в Китае активно обсуждают варианты, связанные с магнитным термоядерным реактором, в России тоже речь идет о создании модернизированного токамака Т­15 в Курчатовском институте. – Означает ли это, что уже в ближайшем будущем на смену чистой атомной энергетике придет гибридная? – Об этом пока говорить рано. Ведь еще нет ни одной экспериментальной установки. И потом, пока неясно, насколько восприимчивыми к новым идеям окажутся специалисты, работающие в атомной энергетике. Гибридные реакторы гораздо сложнее атомных, и они фактически конкурируют с реакторами на быстрых нейтронах. – Насколько гибридные реакторы будут мощнее? – По мощности разницы практически нет. – Тогда зачем эти разработки? Какой смысл в замене одних реакторов на другие, если мы не выигрываем в мощности? – Во­первых, потому, что уже стало очевидно, что запасы урана­235 малы и не смогут обеспечить топливом все энергоблоки на достаточно длительное время. Особенно с учетом все возрастающих потребностей. Во­вторых, существуют определенные технологические проблемы, связанные с разделением изотопов – это тоже весьма дорогостоящее занятие. И главное, гибридные реакторы могут открыть путь к использованию практически неограниченных запасов энергии. – Александр Григорьевич, а можно ли доверить человеку термоядерную энергию? Как известно, атом стал «мирным» только после ужасов атомной бомбардировки... – Безусловно, это вопрос очень непростой. Но идеи, доминирующие сегодня, заключаются в том, что создание топлива, его обогащение до нужного уровня, следует производить только в тех странах, которые входят в так называемый «ядерный пул». Это пять стран, которые в соответствии с международным договором о нераспространении ядерного оружия, подписанным 160 государствами, имеют право на обладание таким оружием: Россия, США, Великобритания, Франция и Китай. Дело в том, что необходимый уровень обогащения ядерного топлива для тепловых атомных станций намного ниже, чем уровень, нужный для вооружений, так что эти задачи можно разделить. – Но как это согласовать с желанием десятков стран поставить у себя атомные станции? Вот уже и африканские государства заявляют о таком намерении. Нельзя же лишить их возможности развивать свою промышленность. – Строить атомные станции можно где угодно при условии, что топливо им будут давать, а отработанное топливо – забирать участники вышеназванного пула. Это будет гарантировать использование топлива только в мирных целях. Вы же знаете, что такая схема предлагается Ирану. – Что ж, так произошло, что в атомной энергетике практически сложился закрытый клуб стран, обладающих ядерными и, тем более, термоядерными технологиями. Советский Союз был в этом клубе на правах лидера. А каково место в нем современной России? – Тут нужно отдельно говорить об атомной энергетике и о ядерной физике. В последние годы государство начало вкладывать значительные средства в сооружение новых атомных станций, реально необходимых для обеспечения промышленности электроэнергией. Кроме того, атомная промышленность неплохо поддерживается и зарубежными контрактами. Что касается ядерной физики и термоядерных исследований, то здесь Россия значительно утратила лидирующие позиции. Ведь без строительства новых установок, без обновления оборудования ядерной физикой заниматься нельзя, а это дело дорогостоящее. У нас сохранился потенциал, все еще есть очень интересные результаты, есть планы строить новые экспериментальные установки в целях развития фундаментальной физики. Надо понимать, что сооружение таких установок связано с созданием принципиально новой техники и дает колоссальный побочный положительный эффект в развитии. Не зря же Европа боролась за то, чтобы построить экспериментальный термоядерный реактор ITER на своей территории, взяв на себя за это 45 процентов всех расходов на его строительство, тогда как остальные участники платят только по 10­15 процентов. Есть резон – и он как раз заключается в том, что строительство столь высокотехнологичных сооружений дает толчок общему развитию техники. Поэтому строительство серьезных установок у нас в стране тоже могло бы быть весьма полезным, но пока это только планы. Правда, правительством РФ недавно утверждена Федеральная целевая программа «Ядерные энерготехнологии нового поколения», в которой значительное финансирование выделяется на программу термоядерных исследований, а в области ядерной физики определенные надежды можно связывать с организацией Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», в который входят также несколько ведущих ядернофизических институтов страны. Продвижение вперед связано и с тем, что мы начинаем участвовать в ряде крупных международных проектов. Самый масштабный из них, конечно, ITER. Исторически сложилось, что создание экспериментального термоядерного реактора было инициативой советских ученых, а именно академика Е. П. Велихова, и сейчас Россия участвует в этом проекте наряду с Соединенными Штатами, Европой, Японией, Китаем, Индией и Южной Кореей. Кстати, ИПФ РАН в рамках российских обязательств является одним из поставщиков гиротронов, необходимых для нагрева плазмы и генерации стационарного тока в термоядерном реакторе. Россия участвует и в создании рентгеновского лазера на свободных электронах X­FEL, который будет сооружаться на территории Германии. Стоимость проекта оценивается в миллиард евро, и наше правительство согласилось внести четверть этой суммы. Есть интересные предложения мировому сообществу и со стороны самой России. Так, наш институт лоббирует участие в Европейском проекте ELI, связанном с созданием источника экстремально сильного лазерного излучения. Суть дела такова. В настоящее время во всем мире существует пять мощных лазерных установок с уровнем мощности в петаватт. Петаватт – это десять в пятнадцатой степени ватт, или миллиард мегаватт. У нас в институте три года назад был запущен лазер мощностью в 0.56 петаватт. Эта мощность примерно в 30 раз больше, чем мощность всей электроэнергетики на Земле. Но лазер генерирует очень короткий импульс, всего 30 периодов колебаний света. Однако, если хорошо сфокусировать излучение, то электрон, который окажется в фокусе, будет иметь энергию в сто раз выше, чем его релятивистская энергия покоя. Если это излучение сфокусировать в газ, он будет мгновенно ионизован до состояния плазмы, при этом возникают такие сверхсильные поля, что один электрон, пролетев в них расстояние 1 см, набирает энергию в 1 Гигаэлектронвольт. (Для сравнения: самый мощный в мире Стэнфордский линейный ускоритель электронов имеет длину 3 км, и электроны в нем набирают энергию в 50 Гигаэлектронвольт.) Используя этот эффект, можно строить намного более компактные ускорители. Столь мощное оптическое излучение можно использовать и для генерации еще более коротких атосекундных импульсов, открывающих уникальные возможности для исследования процессов в отдельном атоме, и для получения мощного рентгеновского излучения, и для поджига реакции в установках лазерного термоядерного синтеза, и для получения потоков заряженных частиц для медицинских применений в области онкологии. Сейчас речь идет о создании лазеров в сто раз большей мощности. Европейцы предполагают сделать лазер, состоящий из набора десятка модулей мощностью в 10 петаватт каждый с последующим сложением излучения этих модулей. По­видимому, наиболее готовым в мире к созданию такого модуля на сегодняшний день является наш институт. Французы, как основные инициаторы данного проекта, обратились с предложением о сотрудничестве к президенту Академии наук Ю. С. Осипову, тот в свою очередь обратился к Президенту РФ Д. А. Медведеву, есть положительное заключение Экспертного совета администрации Президента с соответствующими поручениями ряду министерств о подготовке технико­экономического обоснования, но теперь в этих министерствах нам говорят: вот если бы эта установка ELI сооружалась на территории нашей страны, это было бы интересно, и мы готовы были бы вас поддержать. И мы добиваемся того, чтобы реализовать подобный проект у нас в России. При этом, чтобы построить модуль, аналогичный французскому, нам нужно совсем немного: примерно 100 млн рублей. Сделай мы такой модуль, возможно, все бы бросились у нас его покупать. Пока мы в России обсуждаем и планируем, Европейское сообщество разделило часть задач, связанных с реализацией проекта, между странами Восточной Европы: Чехией, Венгрией и Румынией. Всего Европейское сообщество выделяет на реализацию проекта около 500 млн евро, примерно 15 процентов этой суммы внесут непосредственно восточноевропейские участники. А мы говорим о намного более скромном финансировании для создании модуля, и пытаемся доказать, что поддержать такой проект целесообразно для государства. Приведу еще один пример. На текущий момент в России нет ни одной термоядерной установки достойного уровня, тогда как в мире их достаточно много. Самая крупная из существующих – объединенный европейский токамак JET, расположенный в Англии. У него есть один недостаток: отсутствие комплекса для нагрева плазмы и генерации токов на частоте электронно­циклотронного резонанса, необходимого для нагрева и обеспечения устойчивого удержания плазмы. В ITERе такой комплекс уже предусмотрен и будет играть определяющую роль. Европейская термоядерная ассоциация сделала России предложение: принять нас в качестве полноправного участника проекта, если мы, в свою очередь, примем участие в сооружении этого комплекса электронно­циклотронного нагрева и, в рамках своего участия, поставим 12 мегаваттных гиротронов. Гиротроны разрабатывает и производит ИПФ РАН совместно с НПП «Гиком», правительство должно выделить необходимые средства. Проблема сформулирована, Европа постоянно напоминает о своем предложении, отказа из Минобрнауки не было, но и положительного решения пока тоже нет. Между тем, подобное международное сотрудничество было бы очень полезно и важно. Оно позволит, пока у России нет собственных современных установок, а их сооружение планируется, нарабатывать опыт и производить эксперименты на самой высокотехнологичной установке мира. Ведь проблема заключается в том, что если мы в подобных экспериментах участвовать не будем, то через несколько лет у нас не останется людей, которые смогут даже понимать, что же там сделано. Прогресс не принимает во внимание наши политические реалии. О тяжелом состоянии российской науки сказано уже слишком много. Сейчас правительство проявляет заметный интерес к науке. Но, к сожалению, в России до сих пор нет достаточно обсужденной экспертным сообществом стратегии развития науки. Решения принимаются не в комплексе, можно сказать, спонтанно. Сейчас основная тенденция государственной научной политики – развивать науку в университетах. На это выделяются средства, и немалые. Но это же не должно быть в ущерб реальной науке, которая сегодня существует в стране. Ведутся разговоры о том, что у Академии наук недостаточно высокий уровень руководства и тому подобное, и это является даже аргументом для сокращения финансирования РАН. Но вы скажите, где у нас достаточно высокий уровень руководства? Может быть, в лесном хозяйстве или в пожаротушении? Я сам сторонник развития университетской науки, но твердо убежден, что нужно поддерживать и те научные институты, которые реально работают в современных условиях. А это, в первую очередь, институты Российской Академии наук. Необходимо также увеличивать финансирование государственных научных фондов, осуществляющих конкурсное финансирование проектов фундаментальной науки, а его, напротив, сокращают. Российская наука постепенно из столиц переходит в регионы. Это объяснимо: в Москве и Санкт­Петербурге за годы перестройки перестали существовать десятки, если не сотни, научных учреждений, особенно в прикладной науке. В фундаментальной науке мало молодежи, и особенно мало ее в столицах: ведь там у молодых людей гораздо богаче выбор жизненного пути, чем в провинции. У нашей науки много проблем... – Согласитесь, они значительно усугубляются тем, что судьбу науки, как правило, определяют не ученые, а чиновники. – А что у нас определяют не чиновники? Во всем мире все всегда зависит от того, на какое экспертное сообщество опираются правительства, к чьему мнению они прислушиваются. Конечно, при этом всегда присутствует и лоббирование интересов, и конфликты научных коллективов. Идеальных для всех решений не бывает. Но очень важно, еще раз отмечу, кого выбирают в качестве экспертного сообщества. Конкуренция, соперничество существовали всегда. Были они и в советские времена, и это двигало науку вперед, хотя решения принимались авторитарно. Но сейчас очень развита псевдоконкуренция. Возьмем Федеральный закон, обязывающий распределять бюджетные средства на конкурсной основе. Что становится основным критерием при выделении средств на те или иные проекты? Их стоимость. Даже когда речь идет о строительстве, это довольно спорный критерий. А уж когда дело касается науки, это просто безумие. Существует Федеральная целевая программа «Научные и научно­педагогические кадры России». В ней много конкурсов, и наш институт получил немало грантов по этой программе. Но разве это эффективное расходование бюджетных средств, если деньги получит не тот, кто достигнет максимального научного эффекта, а тот, кто запросит меньшую сумму, даже если у него низкий научный уровень. А это следует из применения к научным конкурсам Федерального закона 94. Или пресловутые акцизы и НДС, а также налог на прибыль, которые мы платим, приобретая за рубежом необходимое институту оборудование, которое не производится в России? Обо всем этом мы говорили и говорим во всех инстанциях уже годы – ничего не меняется. А в результате нашим конкурентам в Европе точно такое же оборудование обходится в полтора раза дешевле, чем нам. – Александр Григорьевич, то, о чем мы сейчас с Вами говорим, очевидно, и служит причиной снижения интереса к науке как к будущей профессии у выпускников российских вузов. В ИПФ РАН разработана своя система подготовки кадров, включая факультет ННГУ и старшие классы физико­математического лицея. Как Вы оцениваете уровень абитуриентов? – К нам, конечно, приходят ребята, которые уже избрали науку своей профессией, которым интересна физика и которые понимают, что наш институт – один из мировых физических центров, где им будут созданы достойные условия для работы. Наука – очень интересное занятие. Это и просто интерес к узнаванию нового, любознательность, и драйв решения трудной задачи, и радость получения результата, и, в конце концов, признание общества. Всегда будут люди, которых притягивает такая жизнь. И все же налицо две очевидных проблемы. Первая – это демографическая яма, общее снижение численности студентов, в том числе, конечно, и физиков. Вторая проблема – общее снижение уровня школьного образования. Это настолько серьезная проблема, что в своей Высшей школе прикладной физики (факультете ННГУ) мы поставили задачу, прежде чем начать обучение студентов физике, проводить с ними дополнительные занятия по математике. Знаете, когда более полувека назад, в конце пятидесятых, я поступил на радиофак Горьковского университета, первые два месяца нас учили только математике, а физики не было. Потому что занятия физикой предполагают наличие базовых математических знаний, которые в школе тогда не давали. Сегодня мы практически вынуждены вернуться к той же схеме полувековой давности. И не только мы: коллеги из Новосибирского академгородка говорят о том же самом в отношении Новосибирского университета. – Скажите, пожалуйста, современная физика развивается большими шагами или она уже достигла такого уровня, когда новых открытий приходится ждать десятилетиями? – В истории науки неоднократно бывало такое, что в той или иной области все казалось изученным и достигнутым. Так и в физике: в начале XX века все считалось уже известным. Даже оптика считалась классическим разделом науки, в котором все уже сформулировано и разложено по полочкам. А потом появился атомный реактор, в оптике был создан лазер, и это повлекло за собой безграничное множество открытий. Другое дело, что для каждого времени характерны свои научные открытия. XX век, несомненно, был веком физики. Говорят, что XXI век будет веком биологии, но можно уточнить, что это скорее будет век физики в биологии, т. е. применения методов и инструментов физики. И впереди нас ожидает масса интересного. – На Ваш взгляд, существует ли та грань, за которую не должно выходить человеческое познание хотя бы из соображений общественной безопасности? – Нет. Не существует. Могут быть запреты общества на использование познанного, какие­то моральные, политические и даже силовые ограничения. А запретов на знание быть не должно и не может. Ведь даже лауреаты самых престижных премий прекрасно понимают: если бы они не совершили сегодня того или иного открытия, завтра его обязательно совершил бы кто­нибудь другой. Процесс познания остановить невозможно. – Большое спасибо за интервью. Желаем Вам новых удивительных открытий!
Галина МИТЬКИНА
P.S. По сообщению президента Российского научного центра «Курчатовский институт» Е. П. Велихова, 5 сентября 2010 г. в городе Курчатов Восточно­Казахстанской области (бывший Семипалатинский ядерный полигон) ученые России и Казахстана получили плазму на установке токамак.

 

6.9Kb

a4

25.6Kb

Дизайн и хостинг Р52.РУ
Copyright © «Курьер-Медиа» 2019

Rambler's Top100