О сути этого и других проектов в содружестве с немецкими учеными рассказывает их руководитель с российской стороны академик РАН Владимир Фортов.
Российская газета | Так получилось, что эксперимент на МКС под названием "Плазменный кристалл" стал одним из самых известных примеров российско-германского сотрудничества в научной сфере. Но ведь им дело не ограничивается?
Владимир Фортов | Разумеется, нет. Если очень коротко, можно выделить четыре основных направления, которые ведут сотрудники Института высоких температур и Института проблем химической физики РАН с немецкими коллегами. Прежде всего это работы по физике сильно сжатой плазмы. Тут мы взаимодействуем с научным обществом Макса Планка и германскими университетами по широкому полю. Во-вторых, исследования в области критического состояния металлов, которые проводим с коллегами из Марбургского университета. И третье - наша совместная работа с Центром тяжелых ионов в Дармштадте.
РГ | А "Плазменный кристалл" куда относите?
Фортов | Это, конечно, четвертое направление - пылевая плазма. Тут мы работаем вместе с Институтом внеземной физики в Гархинге, рядом с Мюнхеном. Сейчас на МКС летает наша совместная установка. Более того - мы организовали Российско-германский институт по неидеальной плазме, где объединили усилия наших коллективов.
РГ | С какой стороны ни зайди, все сводится к плазме. Чем это объясняется?
Фортов | Причин много. Ведь плазма - самое распространенное состояние вещества в природе. Она образует 95 процентов так называемой видимой материи. Из сильно сжатой плазмы состоят Солнце и звезды, а также планеты-гиганты и эксапланеты. Должен сказать, что плазменная наука сегодня переживает своего рода ренессанс. Причем в двух различных областях.
Первая - это термояд. Овладение управляемой термоядерной реакцией то ли с магнитным, то ли с инерционным удержанием плазмы навсегда снимет энергетическую проблему. А вторая область - это так называемая низкотемпературная плазма. Она имеет большое практическое применение в источниках света, плазменных телевизорах, в установках микроэлектроники. Объем продаж здесь на уровне миллиардов долларов в год.
Нас интересует сжатая или, как ее еще называют, неидеальная плазма. Именно сжатая плазма является основным состоянием вещества, в котором существует видимая материя. А неидеальной ее называют потому, что частицы в такой плазме взаимодействуют между собой очень сильно. На эту трудную в научном плане проблему обратил внимание еще Макс Планк, когда работал над квантовой механикой. Так вот одну из задач, поставленную Планком, нам удалось решить в кооперации с учеными тогда еще Германской Демократической Республики.
РГ | И когда же началось это сотрудничество?
Фортов | В самом начале 70-х, вскоре после того, как я окончил Физтех. Тогда завязались очень неформальные контакты с Ростокским и Грайфсвальдским университетами. Ростокскому - около 600 лет, и Грайфсвальдский - один из самых старых в Северной Европе. Мы не просто переписывались и время от времени наносили визиты вежливости - мы эффективно друг друга дополняли в работе. Это главное.
РГ | В чем суть и научная новизна тех работ, которые вы проводите с коллегами из Марбурга и Дармштадта?
Фортов | В первом случае, я имею в виду Марбургский университет, мы задались целью исследовать металлы в их критическом состоянии. Дело в том, что между жидким и газообразным состоянием вещества существует критическая точка. Так вот критическая точка для большинства металлов, а это 80 процентов всех элементов периодической системы, до сих пор не измерена. Между тем критическое состояние - самое интересное, здесь исчезает граница между газом и жидкостью. Высокотемпературное испарение металлов происходит непосредственно в плазменное состояние, минуя нейтральный газ. На необходимость изучения этого состояния указывали еще в 1942 году академик Л.Д. Ландау и Я.Б. Зельдович. Ими были предсказаны интересные новые плазменные переходы. А мы, похоже, недавно увидели на это экспериментальные указания.
В Марбурге такие исследования ведутся под руководством профессора Хенфеля. Они свои опыты делали в статических условиях, то есть брали печку и грели жидкий металл. Подобным образом удается исследовать только три легкокипящих металла - ртуть, цезий и калий. Для других металлов нужны совершенно другая температура и давление - на порядок выше.
РГ | Иначе "залезть" в критическую точку невозможно?
Фортов | Экспериментальным путем - нет. В Институте проблем химической физики и в Институте теплофизики экстремальных состояний требуемые условия получают взрывом. Для этого у нас есть специальные казематы и стальные камеры, где при необходимости можем взорвать до тонны ВВ. Это быстропротекающие процессы, но и в них мы научились проводить требуемые измерения и получать новые научные результаты. Как и в случае с Ростоком, мы здесь тоже удачно друг друга дополняем. У нас нет противоречий. Мы не выясняем отношений между собой на извечную тему, кто и что сделал первым. Потому что мы разные, но предмет один и понимание одно.
РГ | Что немцев привлекает в Москве и Черноголовке, теперь понятно. А что вас влечет в Дармштадт?
Фортов | Оттуда родом, между прочим, жена последнего русского царя. Но нас больше интересует расположенный там Центр тяжелых ионов. У них очень сильный и совершенный ускоритель тяжелых ионов. Это гигантское устройство стоит от 1,5 до 2 миллиардов долларов. Создаваемые на нем релятивистские пучки ионов используются для нагрева вещества и получения плазмы. Эти работы ведет профессор Хофман. А мы отвечаем за диагностику, поскольку область параметров - и временная, и по давлению, температуре - весьма близкая к тому, что мы получаем при взрывах. Сейчас к ускорителю пристроили еще и лазер для получения необходимой температуры и давления. Это дает много полезной информации.
РГ | А где, в каких отраслях эта полезная - верим на слово - информация может найти или уже находит применение?
Фортов | Плотная плазма - это рабочее тело многих импульсных энергетических установок. Это взрывные и магнитокумулятивные генераторы, взрывные имитаторы молний, взрывные размыкатели, источники света и тока.
Сейчас, используя свойства пылевой плазмы, вместе со специалистами ТРИНИТИ и РНЦ "Курчатовский институт" создаем ядерную батарею в качестве автономного источника электричества. Надеемся, что она будет компактной и в то же время достаточно мощной. И найдет применение в новых космических проектах. Кроме того, мы растим синтетические алмазы. Научились создавать сверхтвердые покрытия и наносить катализаторы. Это уже сегодня находит применение в химических, медицинских и ядерных технологиях, многие разработки запатентованы.
РГ | Какие новые возможности открывает Российско-германский институт по неидеальной плазме, который вы организовали?
Фортов | Он уже сейчас сильно облегчил подготовку и проведение совместных экспериментов. Когда мы говорим, что этот институт принадлежит одновременно Российской академии наук и Германскому научному обществу имени Макса Планка, многие организационные вопросы решаются меньшей кровью. Надеюсь, будет и дальше помогать в преодолении бюрократических барьеров, а их, начиная от таможни, громадное количество - даже не хочется перечислять. Совместный институт позволяет организовать по-настоящему живую работу - это обмен аппаратурой, обмен людьми, установками. Ведь границы между государствами не должны служить помехой для настоящей науки.
Между тем
В канун важнейшего для ФРГ праздника - Дня объединения - посол Германии в России Вальтер Юрген Шмид вручил российскому академику Владимиру Фортову знак высочайшего признания своей страны - "Крест за заслуги перед Федеративной Республикой Германия". Как сказано в указе президента ФРГ, этой наградой отмечены выдающиеся научные достижения академика В.Е.Фортова в области физики плотной плазмы и его весомый вклад в развитие российско-германского научно-технического сотрудничества. "Российская газета" присоединяется к поздравлениям, которые поступают в эти дни в адрес нашего собеседника.