Отримання низькотемпературної плазми, знайомство із плазмово-польовими кристалами. Плазмові кристали: від космічних досліджень до медичних застосувань на Землі і знову у космос

Легендарний експеримент «Плазмовий кристал» продовжено на МКС із новим обладнанням. Унікальний прилад, який нещодавно був доставлений на борт космічної станції, - пристрій додаткового регулятора витрати газу. Нове обладнання дозволить отримувати точніші результати в ході експерименту з вивчення плазми та підвищить чистоту самого експерименту. Дані про те, що є пиловою плазмою, дозволять створити нові компактні енергетичні батареї та лазери, розробити нову технологію вирощування алмазів, а також послужити основою для розвитку нової області - плазмової медицини. .

Будь-яка речовина може перебувати в чотирьох фазових станах - твердому, рідкому, газоподібному та плазмовому. Плазма - це понад 99% видимої маси Всесвіту, починаючи від зірок та закінчуючи міжзоряним газом. Плазма, що містить частинки пилу, дуже поширена в космосі – це планетарні кільця, хвости комет, міжзоряні хмари.

Дослідження плазми з мікрочастинками розміром кілька мікрон (пилові частинки) та спостереження за її поведінкою в умовах мікрогравітації, при якій відбувається майже повна компенсація ваги мікрочастинок, триває вже понад два десятки років. Ще в січні 1998 року на російському орбітальному комплексі «Мир» космонавти Анатолій Соловйов та Павло Виноградов проводили на установці «Плазмовий кристал – 1» (ПК-1) перший експеримент із вивчення фізики плазмово-пилових структур, у тому числі плазмових кристалів та рідин. У серпні того ж року на «Мирі» почали проводити дослідження на апаратурі ПК-2, що складається з газорозрядної трубки та пристрою для відеореєстрації експерименту. У березні 2001 року Сергій Крикальов та Юрій Гідзенко провели першу сесію експерименту на МКС на установці ПК-3, створеної спільно російськими та німецькими фахівцями. Перші експерименти на новій експериментальній установці «Плазмовий кристал – 4», створеній також спільно вченими з Об'єднаного інституту високих температур (ОІВТ) РАН та Німецького космічного агентства (ДЛР), розпочалися у червні 2015 року. У процесі досліджень було виявлено необхідність удосконалення цієї установки. У липні цього року на МКС доставлено додаткове обладнання для підвищення якості експерименту "Плазмовий кристал - 4".

Мета вчених - отримання та вивчення плазмово-пилових кристалів та інших упорядкованих структур у плазмі. Зокрема, це дозволяє вивчати закони процесів, що відбуваються у протозірках, протопланетарних кільцях та інших небесних тілах. У ході експериментів мікроскопічні частинки певного розміру (діаметром кілька мікрометрів) вводяться в неонову або аргонову плазму газорозрядної трубці. Коли мікрочастинки потрапляють у плазму, вони збирають електрони та позитивні іони, внаслідок чого вони набувають негативного заряду через вищу рухливість електронів. Мікрочастинки відштовхуються одна від одної і формують різні тривимірні структури. Такі дослідження неможливо проводити на Землі, так як пилові частки схильні до дії сили тяжіння і можуть формувати або двомірні структури, або сильно деформовані (стислі) тривимірні.

Незважаючи на те, що за 20-річну історію дослідження пилової плазми дали багато нових цікавих даних, досі не вдалося створити повну математичну модель поведінки частинок, що самоорганізуються. Нове обладнання, розроблене вченими з ОІВТ РАН та ДЛР, дозволить проводити більш «чисті» експерименти за рахунок зниження потоку газу, що утворює плазму, у десятки разів. Тепер можна розширити діапазон тисків газу та отримувати нові знання про процеси у пиловій плазмі.

Коли мікрочастинки перебувають у плазмі, ними діє низку сил. Одна з основних сил – електрична, що впливає на частинку у полі розряду. Друга – сила іонного захоплення. Третя сила – тертя про газ: якщо тіло входить в атмосферу, то воно втрачає швидкість саме через нього, – розповів старший науковий співробітник ОІВТ РАН Андрій Липаєв. - Відповідно, коли ми організуємо режим із протокою, виникає своєрідний вітер, який захоплює частки. Прилад, який використовувався спочатку для перекриття потоку, в процесі експлуатації в складних умовах космічного експерименту став давати значний витік газу, і частки просто забирало його потоком.

Для вирішення цієї проблеми фахівці ОІВТ РАН та ДЛР розробили додатковий пристрій, який дозволяє повноцінно керувати потоком газу за допомогою зовнішнього регулятора тиску та двох додаткових клапанів. Так можна досягти стабільного становища частинок. В результаті вчених з'явилася можливість повною мірою контролювати умови експерименту.

Можна сказати, що досі ми просто не могли отримати необхідний контроль над потоком газу та, отже, якісні результати. Раніше працювати з частинками розміром менше 3 мікрон було неможливо. Тим часом саме частки розміром близько 1 мікрона цікаві з погляду вивчення таких процесів, як, наприклад, формування структур, – наголосив Андрій Липаєв.

Нове обладнання вже встановлено на МКС, з борту передається картинка до Центру управління польотами. Співробітники ОІВТ РАН отримують телеметрію та відео експерименту, також працюють звукові канали зв'язку з бортом МКС – можна чути, як відбуваються переговори. Новий багатоденний експеримент із використанням додаткового обладнання з вивчення пилових частинок у плазмі нещодавно був завершений та виправдав очікування. Наразі вчені будуть проводити докладний аналіз його результатів.

Як повідомив «Вісті» директор ОІВТ РАН Олег Петров, отримані в ході експерименту дані допоможуть зрозуміти суть процесів самоорганізації.

Досліджувана нами система є відкритою диссипативною системою: є постійний приплив енергії та постійний її відтік. Такі системи притаманні всім живих організмів. Що відбувається із цією системою, які в ній є явища самоорганізації? Все це можна і потрібно дослідити, – зазначив Олег Петров.

Дані про те, що є пилова плазма, можуть принести велику практичну користь: вони дозволять, зокрема, створити нові компактні енергетичні батареї та лазери та розробити технологію вирощування алмазів в умовах мікрогравітації. Також дані, що надходять з борту МКС, важливі для розвитку нової, плазмової медицини, суть якої в тому, що низькотемпературна плазма може ініціювати, стимулювати і контролювати складні біохімічні процеси в живих системах.

Експеримент ПК-4 проводиться за підтримки «Роскосмосу» та Європейського космічного агентства.

У листопаді було оголошено про припинення на МКС експерименту "Плазмовий кристал". Спеціальне обладнання для експерименту було поміщено у вантажний корабель Альберт Ейнштейн і згоріло разом з ним над Тихим океаном. Так закінчилася довга історія, мабуть, найвідомішого космічного експерименту. Я хочу розповісти про нього і трохи розповісти про науку на МКС загалом.

А де відкриття?

Ідея експерименту

У першому варіанті експерименту (на малюнку) ампула з пиловою плазмою підсвічувалася променями Сонця, пил у плазмі підсвічував лазер, і підсвічена ділянка знімалася на камеру. Надалі застосовувалися складніші експериментальні установки. «Чорна бочка», що згоріла разом із «Альбертом Ейнштейном», була установкою вже третього покоління.

Результати

Перспективи

• Формування у пиловій плазмі наноматеріалів з унікальними властивостями.
• Осадження матеріалів із пилової плазми на підкладку та отримання нових типів покриттів - багатошарових, пористих, композитних.
• Очищення повітря від промислових та радіаційних викидів та при плазмовому травленні мікросхем.
• Плазмова стерилізація неживих предметів і відкритих ран на живих істотах.

Сахарова Т.А. (р.п. Н-Кисляй, МКОУ Нижньокисляйська ЗОШ ім. Полякова)

1. Арцимович Л.А. "Елементарна фізика плазми".

2. http://www.nkj.ru/archive/articles/1318/ (Наука і життя, КРИСТАЛИ У ПИЛЬОВОМУ ПЛАЗМІ).

3. Robert L. Merlino. Experimental Investigations of Dusty Plasmas (англ.) (PDF). Department of Physics and Astronomy, The University of Iowa (17 June 2005). - Історичний огляд досліджень пилової плазми. Перевірено 18 липня 2009 року. Архівовано з першоджерела 2 квітня 2012 року.

4. Фортов В.Є., А.Г. Хропак, С.А. Храпак, В.І. Молотков, О.Ф. Петров. Пилова плазма (рус.) // УФН. - 2004. - Т. 174. - С. 495-544.

5. Цитович В.М. Плазмово-пилові кристали, краплі та хмари (укр.) // УФН. - 1997. - Т. 167. - С. 57-99.

6. Пильова плазма // Енциклопедія низькотемпературної плазми. - М.: Янус-К, 2006. - Т. 1.

7. Фортов В.Є. Плазмово-пилові кристали та рідини на Землі та в Космосі (рус.) // Вісник російської академії наук. - 2005. - Т. 75, № 11. - С. 1012-1027.

8. Клумов Б.А. Про критерії плавлення комплексної плазми (рус.) // УФН. - 2010. - Т. 180. - С. 1095-1108.

9. Відео з ютубу «Вивчення польових кристалів у космосі».

Плазма - найпоширеніший стан речовини у природі: за оцінками, у стані перебуває приблизно 95 % звичайної матерії у Всесвіті. Зірки - це згустки плазми, іонізованого газу з температурою в десятки та сотні мільйонів градусів. Властивості плазми становлять основу сучасних технологій, сфера застосування яких велика.

Даною дослідницькою роботою я зайнявся, тому що мене зацікавив ще маловивчений у сучасному світі четвертий стан речовини – плазма. Захопило явище, виявлене нещодавно в низькотемпературній плазмі, - утворення «плазмового кристала», тобто просторово-упорядкованої структури із дрібнодисперсних частинок – плазмового пилу.

Цільмого дослідження: одержання низькотемпературної плазми шляхом експерименту, знайомство з плазмово-польовими кристалами.

Завдання дослідження:

1. Розширити знання про «плазму».

2. Отримати низькотемпературну плазму у домашніх умовах.

3. Дізнатися про сфери застосування плазми.

4. Провести аналіз, отриманих відомостей із різних джерел та експериментальних даних.

Актуальність даної роботи в тому, що останнім часом фізика плазми - область науки, що активно розвивається, в якій до цього дня відбуваються дивовижні відкриття, спостерігаються незвичайні явища, що вимагають розуміння і пояснення. Відкриття у цій сфері дозволять покращити якість життя людини: організувати переробку відходів; виробництво альтернативної енергії; виробництво мікросхем; збільшення міцності металів; винахід нових плазмових двигунів; перемогти шкідливі мікроби; покращити якість кольорових зображень у плазмових панелях; пояснити еволюцію Всесвіту тощо.

Робота із джерелами інформації

Історія відкриття плазми

Четвертий стан матерії було відкрито У. Круксом (рис. 1) у 1879 році і названо «плазмою» І. Ленгмюром (рис. 2) у 1928 році можливе через асоціації з четвертим станом речовини (плазми) з плазмою крові.

Мал. 1. У. Кругсон

Мал. 2. І. Ленгмюр

І. Ленгмюр писав: «Виключаючи простір біля електродів, де виявляється невелика кількість електронів, іонізований газ містить електрони та іони практично в однакових кількостях, у результаті сумарний заряд системи дуже малий. Ми використовуємо термін «плазма», щоб описати цю в цілому електрично нейтральну область, що складається з іонів і електронів». .

Поняття плазми

Плазма - частково або повністю іонізований газ, утворений з нейтральних атомів (або молекул) та заряджених частинок (іонів та електронів). Найважливішою особливістю плазми є її квазінейтральність, це означає, що об'ємні густини позитивних та негативних заряджених частинок, з яких вона утворена, виявляються майже однаковими.

Газ перетворюється на стан плазми, якщо деякі з його атомів (молекул) з будь-якої причини втратили одного чи кількох електронів, тобто. перетворилися на позитивні іони. У деяких випадках у плазмі внаслідок "прилипання" електронів до нейтральних атомів можуть виникати і негативні іони.

Якщо газ не залишається нейтральних частинок, плазма називається повністю іонізованої. Плазма підпорядковується газовим законам і багато в чому поводиться як газ. Разом з тим, поведінка плазми в ряді випадків, особливо при впливі на неї електричних та магнітних полів, виявляється настільки незвичайною, що про неї часто говорять як про новий четвертий стан речовини (рис. 3).

Мал. 3. Четвертий стан речовини

Що таке пилова плазма?

Пилова плазма є іонізованим газом, що містить порошинки - частинки твердої речовини. Така плазма часто зустрічається у космосі: у планетних кільцях, хвостах комет, міжпланетних та міжзоряних хмарах (рис. 4). Вона виявлена ​​поблизу штучних супутників Землі та у пристінковій області термоядерних установок з магнітним утриманням, а також у плазмових реакторах, дугах, розрядах.

Мал. 4. Плазмовий хвіст комети

У лабораторних умовах пилову плазму вперше отримав американець Ірвінг Ленгмюр ще у 20-х роках минулого століття. Проте активно вивчати її почали лише останнє десятиліття. Підвищений інтерес до властивостей пилової плазми виник з розвитком технологій плазмового напилення (рис. 5) та травлення у мікроелектроніці (рис.6), а також виробництва тонких плівок (рис. 7) та наночастинок (рис. 8).

Мал. 5. Плазмове напилення

Рис.6. Травлення платини у водні

Мал. 7. Тонка напівпровідникова плівка

Рис.8. Наночастки

Плазмовий кристал

Розміри пилових частинок відносно великі - від часток мікрона до кількох десятків, іноді сотень мікронів (рис. 9). Їхній заряд може мати надзвичайно велику величину і перевищувати заряд електрона в сотні і навіть у сотні тисяч разів. В результаті середня кулонівська енергія взаємодії частинок, пропорційна квадрату заряду, може набагато перевершувати їхню середню теплову енергію (рис. 10). Виходить плазма, яку називають дуже неідеальною, оскільки її поведінка не підкоряється законам ідеального газу. (Нагадаємо, що плазму можна розглядати як ідеальний газ, якщо енергія взаємодії частинок набагато менша від їх теплової енергії).

Мал. 9. Плазмовий кристал

Мал. 10. Кулонівське взаємодію

Теоретичні розрахунки рівноважних властивостей пилової плазми показують, що за деяких умов сильна електростатична взаємодія «бере гору» над низькою тепловою енергією і змушує заряджені частинки вишиковуватися в просторі певним чином. Утворюється впорядкована структура, яка отримала назву кулонівського чи плазмового кристала. Плазмові кристали подібні до просторових структур у рідині або твердому тілі (рис. 11). Тут можуть відбуватися фазові переходи типу плавлення та випаровування.

Мал. 11. Плазмовий кристал

Якщо частки пилової плазми досить великі, плазмовий кристал можна спостерігати неозброєним оком.

Отримання низькотемпературної плазми в домашніх умовах

Після деяких досліджень, властивостей та характеристик плазми я зміг провести досвід отримання в домашніх умовах низькотемпературної плазми (Відео «Отримання плазми»). Для цього мені знадобилося наступне обладнання: НВЧ піч, вод стійкий до вітру сірник, скляна банка.

Мал. 12. Підготовчий етап

Хід проведення досвіду:

1. З початку я вийняв зі НВЧ печі скляну страву, на якій обертаються продукти під час розігріву. Підготував сірник (рис. 12).

2. Потім на центр мікрохвильової печі я вставив сірник і запалив її.

3. Після цього я накрив сірник скляною банкою, потім закрив НВЧ піч, увімкнув її, встановивши функцію нагрівання продуктів (рис. 13).

4. Після деякої кількості часу можна побачити, як у скляній банці із запаленою сірником утворюється плазма (рис. 14).

Мал. 13. Сірник під скляною банкою в НВЧ печі

Мал. 14. Низькотемпературна плазма

Завдяки цьому простому досвіду можна побачити, як іонізується газ під дією температури, і тим самим виходить частково іонізована плазма. Якщо мені вдалося так просто отримати низькотемпературну плазму, то її можна отримати на підприємствах, при цьому витрати на її отримання мінімальні.

Висновки

Мені вдалося отримати низькотемпературну плазму в домашніх умовах. Я розширив свої знання з цього питання, дізнався багато нового та цікавого. Мене дуже зацікавила ця тема і впевнений, що коли я вибиратиму професію ця дослідницька робота залишить свій відбиток.

«Хаотична» плазма – це 5-й стан речовини. Кристалічна плазма-це стан "організованої" плазми, де її не треба утримувати магнітним полем. Властивості плазми становлять основу сучасних технологій, сфера застосування яких велика.

Я вважаю, що плазма - це символ майбутнього, найважливіша галузь, без якої немислимо подальший розвиток цивілізації. Плазма, на мій погляд, альтернативне джерело енергії та доктор екології.

Бібліографічне посилання

Екіпаж МКС завершив унікальний експеримент - Стрічка новин - Фінанс.
Фінанс.
Повна адреса статті:
http://finansmag.ru/12504
Екіпаж МКС завершив унікальний експеримент

Як розповів оглядачеві ідейний натхненник та науковий керівник експерименту академік Володимир Фортов: "Плазмовий кристал" - це спільний російсько-німецький проект. Ось уже багато років Російська академія наук та Міжнародне товариство Макса Планка проводять експерименти із заморожування плазми в умовах невагомості. Завдяки цьому вдалося отримати так звану пилову плазму, що містить крім електронів, іонів і нейтральних частинок сильно заряджені порошинки мікронних розмірів, що сприяє утворенню впорядкованих структур - плазмової рідини або плазмових кристалів". Подібні утворення досить часто зустрічаються у відкритому космосі. Вони також виникають у пристроях Як тільки людство навчиться отримувати пилову плазму, воно отримає ключ до принципово нових технологій. Так, зокрема, пилову плазму можна використовувати в мікроелектроніці, для отримання каталізаторів, вирощування штучних алмазів, перетворення ядерної енергії на електричну", - вважає академік Фортов. Існують і абсолютно фантастичні галузі застосування пилової плазми. На думку низки вчених, за її допомогою можна створити так званий плазмовий пилосос, який знешкоджуватиме радіоактивні викиди при ядерних аваріях, а також пилова плазма може лягти в основу принципово нового типу двигунів для космічних апаратів, що зробить реальністю польоти до інших зоряних світів.
Нові Вісті
http://www.finansmag.ru/7911/12504/print/

Капітан виходить у космос
Академік Володимир Фортов: "Лекції - це святе!"

Виходячи з того, що "все геніальне - просто", чи не могли б ви доступно позначити суть вашого унікального космічного експерименту? Вибачте, звернуся до шпаргалки, щоб процитувати, - "щодо формування квазікристалічних упорядкованих структур у плазмі".
- Існує чотири агрегатні стани речовини в природі: твердий (частки збираються в кристалічну структуру, і виходить решітка), рідкий, газоподібний і плазма. Але є такі умови, за яких можна заморозити плазму. Ми беремо частинки мікронного розміру, повідомляємо їм великий електричний заряд - і вони знову вишиковуються в ґрати. Ми сподіваємося, що використовуючи їх можна вирощувати штучні алмази, створювати ядерні джерела електроживлення, боротися з радіоактивними польовими викидами, проводити ефективний каталіз хімічних реакцій.

Московський комсомолець
від 23.01.2006
Розмовляла Ізабелла САВИЧОВА.
http://www.mk.ru/numbers/2001/article68423.htm

Екіпаж МКС може допомогти команді вчених отримати Нобелівську премію за пилосос майбутнього

2005-02-02 10:49:43

"Плазмовий кристал" - результат співпраці російського Інституту теплофізики екстремальних станів (ІТЕК) РАН та німецького Інституту позаземної фізики (ІВФ), а "хрещеними батьками" експерименту стали академік РАН Володимир Фортов та професор ІВФ Грегор Морфілл. Результати експерименту, зазначають вчені, дозволять створити "пилосос" для знешкодження радіоактивних викидів в атмосферу при ядерних аваріях, а також розробити потужні компактні ядерні джерела живлення для космічних апаратів.

На МКС запрацює "пилосос"

На Землі процеси, які у таких структурах, спотворюються дією гравітації, тоді як і космосі цей вплив відсутня. У недалекому майбутньому все це знайде цілком земне застосування – у мікроелектроніці, дизайні наноструктур, створенні ядерних батарей та розвитку нових видів енергетики. Крім того, експеримент відкриє нові горизонти в медицині – зокрема стоматології: за допомогою плазмово-пилових технологій можливе створення принципово нових матеріалів для пломбування та протезування зубів.
Юлія Мамина
На межі неможливого 5(362),2005
http://anomalia.narod.ru/text8/353.htm

Міжнародний космічний плазмовий центр відкрився сьогодні у підмосковному Королеві.
Результати експерименту, гідного, на думку багатьох вчених, Нобелівської премії, дозволять зокрема створити нові компактні енергетичні батареї та лазери, а також розробити технологію вирощування алмазів в умовах мікрогравітації. Про це повідомляє ІТАР-ТАРС.
08.02.05 15:39
http://www.newseducation.ru/news/2/20050208/9126.shtm

Експерименти на МКС допоможуть створити ядерну батарею нового покоління

"Плазмовий кристал" проводиться спільно Росією та Німеччиною. Вартість експерименту становить понад мільйон євро на рік. Як повідомив РІА "Новости" науковий керівник програми "Плазмовий кристал" з російського боку, академік РАН Володимир Фортов, перші результати експерименту вже отримано.

"На основі досліджень щодо проекту "Плазмовий кристал" ми розраховуємо спільно з Курчатівським інститутом створити ядерну батарею з терміном служби 30-40 років потужністю 10-20 кіловат з коефіцієнтом корисної дії близько 30 відсотків", - сказав Фортов. Батарея, за його словами, обслуговуватиме космічні супутники зв'язку.
Наразі вже вдалося сконструювати окремі елементи ядерної батареї майбутнього. "Разом із Курчатівським інститутом ми створили окремі елементи, які працюють незалежно, і зараз стоїть завдання об'єднати їх у єдине ціле, тобто зібрати батарею", - зазначив Фортов.
Крім цього результати експерименту, за словами академіка, знайдуть застосування і в проекті термоядерного реактора, який треба періодично очищати від пилу. Раніше повідомлялося, що вони дозволять також створити "пилосос" для знешкодження радіоактивних викидів в атмосферу при ядерних аваріях.

© газета «Гудок», 21.01.2006»
нові технології
І буде небо в алмазах

Нещодавно їм вдалося виявити нові стани плазми за умов невагомості під час експерименту «Плазмовий кристал» на міжнародній космічній станції. Отримана «розпорядкована» в молекулярному відношенні речовина, в якій атоми рухаються хаотично, в певних умовах здатна перетворюватися, наприклад, на алмази. Але налагодити це виробництво можна поки що лише у космосі. До речі, перший експеримент із отримання плазмово-пилових кристалів було проведено ще на станції «Мир» російськими космонавтами Анатолієм Соловйовим та Павлом Виноградовим у січні 1998 року.

А космонавтам-дослідникам цьогорічної експедиції вже вдалося отримати плазмовий кристал. Його освіту вчені спостерігали, без мікроскопа, оскільки відстань між частинками нового мінералу досить велика.

– У ході експериментів на орбіті ми навчилися вибудовувати атомні ґрати у потрібному порядку і цілком можемо вирощувати штучні алмази, – повідомив академік Фортов. - Якщо так далі піде, то діаманти незабаром коштуватимуть не дорожче, ніж звичайна біжутерія.

Але ще перспективніша друга частина проведеного в космосі експерименту. Вчені підтвердили ідею створення потужних джерел живлення із замороженої плазми, які в Інституті теплофізики називають ядерними батареями для космічних апаратів.

Здібні працювати тільки в умовах невагомості компактні батареї забезпечать енергією польоти в будь-який куточок Сонячної системи.
Віталій ТЕТЕРЯТНИК
http://www.gudok.ru/index.php/print/32010

Парламентська газета №790 за 8/23/01
Рубрика: сенсації XXI століття
Кристали з космосу

# Все відбувається дивним чином, # продовжує академік Фортів, але це відбувається. І, природно, на таке явище звернув увагу класик науки. Був такий Вінер, він порахував вільну енергію частинок, і саме він підказав усім нам, що у плазми виникає прагнення перейти від хаотичного руху до впорядкованого. Причому це вона робить із власної волі, а не з примусу. Вона і отримала назву "неідеальної плазми".
Здавалося б, все має бути інакше. Якщо плазма сама по собі намагається привести себе в порядок, то її слід назвати ідеальною. Думаю, особливих доказів не потрібне. Досить поспостерігати за жінкою, яка збирається до театру чи гості. Але у фізиків своя логіка: чим більше речовина або явище # йде # від стандартності, тим більше воно привертає їхню увагу. Назва "неідеальна плазма" відразу ж притягує їх. Втім, їхня логіка зрозуміла: чоловічу увагу завжди привертає або дуже гарна жінка, або, навпаки, не дуже, загалом нестандартна.

А академік Фортов продовжує:

# 98 відсотків усієї матерії в природі існує в сильно стислому плазмовому стані. Щоб отримати такий стан, потрібні сильні тиски мільйони і мільярди атмосфер, і високі температури. Процеси йдуть миттєві частки секунди, і їх потрібно вимірювати за допомогою різних методів. Це вміють робити не всі, насамперед ми й американці. Ті, хто робив ядерну зброю. Це фізика високих густин енергії. Спочатку матерію потрібно сильно стиснути, а потім вона починає розлітатися. Один із варіантів цього процесу — ядерний вибух. Так ось... Зовсім недавно буквально в останні роки люди звернули увагу на те, що необов'язково імітувати ті процеси, що йдуть у зірках, тобто домагатися надвисоких тисків і температур. Можна зробити зовсім інакше, хитрому ... А виходить дуже красива річ!

# Можливо, це красиво, але поки що зовсім незрозуміло, що ви маєте на увазі!

# Якщо у мене є плазма # стандартна, кондова, звичайна, наприклад, як у тій же лампі денного світла, і в неї насиплю пилу, то кожна порошинка зарядиться до потенціалу один-два електрон-вольта. Пилочки почнуть взаємодіяти... і я отримую в лабораторних умовах ті самі процеси, що йдуть у зірках.

# Але в незначних кількостях?!

# І ось тут і починається найцікавіше! Я беру звичайну лампу денного світла (огрублюю, звичайно), змушую її горіти нерівномірно і сиплю туди порошок і таким чином отримую неідеальну плазму. Те, що в ній відбувається, я можу бачити на власні очі: я спостерігаю ударні хвилі, зміни типу ґрат...

# Стоп! Було заявлено фізиками, що є процеси, які неможливо змоделювати. Зокрема, йшлося і про деякі стани плазми. Ви стверджуєте, що то була помилка?

# Я не стверджую, а демонструю дуже багато фізичних явищ...

# Чому знадобилися експерименти в космосі?

Частинки досить важкі, і тому гравітація дає можливість отримати тільки один-два шари, відповідає учений, а в космосі отримуєш тривимірну структуру.

Як же вдалося пробитися на орбіту? Кажуть, що надто багато охочих та й у більшості грошей немає. А тому перевага надається іноземцям... Цього разу вони допомогли?

# Правду сказати? Гаразд... Головну роль відіграло моє минуле... Звідки я взявся? Із рідного військово-промислового комплексу. Я працював у НДІ теплових процесів. А тепер усі мої друзі стоять на чолі космічних програм, і, звичайно ж, старі зв'язки допомогли... Проте в космос не зміг би пробитися, якби робота того не коштувала. Разом із німцями зробили установку, важить вона небагато, а тому приваблива для будь-яких космічних діячів. Начебто турбот небагато, а є можливість їм говорити, що великою наукою займаються. Тож інтереси багатьох людей та організацій збіглися, що й допомогло вийти нам на орбіти. Спочатку два експерименти провели на...

Американці дуже здивувалися, коли дізналися, що у росіян у їхньому модулі знаходиться така унікальна дослідницька установка. Вони знали про її існування, навіть астронавти знайомилися з Кристалом, але почати працювати з ним вони припускали років через п'ять, тобто коли закінчиться збірка МКС. А поки що основна увага в підготовці астронавтів приділяється монтажним роботам.

Треба віддати належне Сергію Крикалеву одному з найдосвідченіших космонавтів не тільки Росії, а й США. Він літав як у складі наших екіпажів, і американських. У Сергія особлива пристрасть до наукових експериментів, він розуміє, що саме вони лежать в основі космонавтики, заради них він вибрав таку професію. Його ентузіазм і енергія зіграли, мабуть, головну роль успіху "Плазмового кристала". Але й помічник у нього був, до речі, дуже надійний: Юрій Гідзенко бездоганно працював під час наземних тренувань, так і на орбіті. Командир першої тривалої експедиції на МКС Вільям Шеппард, хоч і пройшов весь цикл підготовки за цією програмою, таки залишився до неї байдужий: як справжнього космічного командира його в першу чергу хвилювали техніка і гарний настрій екіпажу. І те, й інше було в нормі, а тому Шеппард заохочував захоплення Кристалом своїх товаришів з експедиції.

Результати перевершили всі очікування та викликали сенсацію серед фізиків! Прихильників біля польоту МКС побільшало, особливо в Німеччині. Там спільний російсько-німецький експеримент викликав такий ентузіазм, ніби трапилося щось надприродне. А може, так і є?

І знову коментар академіка Володимира Фортова:

Перше: перед такими хлопцями, як наші космонавти, я просто знімаю капелюх. Думаю, що вони цілком могли б захистити дисертацію з цієї роботи, адже вони дали поштовх новому напрямку.

# Я чув, що ця ідея коштує мільярд доларів?

Так, чутки в наш час розносяться дуже швидко!

# І у них є підстави?

Фортів сміється. Але потім каже вже цілком серйозно:

# Приховувати не буду: справді, сьогодні йдеться про мільярд доларів. У стільки оцінюється те, що ми маємо намір створити. Це насамперед спільний Російсько-Німецький науково-дослідний інститут, у якому вестимуться роботи з фізики плазми. Я є членом Німецької академії, Г. Морфілл # член нашої Академії. Що поганого, якщо два академіки створять один інститут, щоб разом працювати? На мою думку, така ідея повністю відповідає нинішньому уявленню про кооперацію науки. Дослідження, зокрема, відбуватимуться і на борту МКС. Одночасно ми створимо віртуальну космічну лабораторію. Ми розіслали пропозиції по всіх країнах світу, сенс яких є дуже простим: у нас є на борту МКС установки, і ми готові надати їх для тих чи інших проектів. Експерти оцінюють конкретні пропозиції, найкращі з них відбираються. Фінансувати ці роботи готове Європейське космічне агентство... Отже, ідеї є, і своїми першими роботами на борту МКС ми довели, що можемо їх здійснювати на найвищому науковому рівні. Так що інформація про занепад науки Росії ще дуже передчасна.

Інноваційний портал
Уральського Федерального округу
WWW.INVUR.RU

лютий 07-14
09.02.2005 Міжнародний космічний плазмовий центр відкривається у Підмосков'ї
КОРОЛЬОВ. Міжнародний космічний плазмовий центр відкрився вчора у підмосковному Королеві. Як заявили в російському Інституті теплофізики екстремальних станів (ІТЕК) РАН, "засновниками центру, крім ІТЕК, стали німецький Інститут позаземної фізики Товариства Макса Планка на чолі з професором Грегором Морфіллом та Російською космічною корпорацією (РКК) ".

"Саліжан Шаріпов розпочав 2 лютого на борту Міжнародної космічної станції заключну 12-ту сесію експерименту "Плазмовий кристал" у галузі фізики пилової плазми на апаратурі ПК-3", - розповіли у Центрі управління польотами. "Результати цього унікального наукового проекту Шаріпов обговорить сьогодні під час прямого сеансу зв'язку "ЦУП-МКС" з міністром освіти та наукових досліджень Німеччини Едельгард Бульманн, а також із "хрещеним батьком" експерименту - академіком РАН Володимиром Фортовим", - зазначило джерело.
(…)
Результати експерименту, гідного, на думку багатьох вчених, Нобелівської премії, дозволять, зокрема, створити нові компактні енергетичні батареї та лазери та розробити технологію вирощування алмазів в умовах мікрогравітації. Про це повідомляє ІТАР-ТАРС.
http://www.invur.ru/print.php?page=news&id=10429

Праця №024 за 11.02.2005

ЗУБНІ ПЛОМБИ З КОСМОСУ
– Пилова плазма – це новий, раніше не відомий стан речовини, – пояснив нам керівник програми, академік РАН Володимир Фортов. - Це плазма, що містить не тільки електрони, іони та нейтральні частинки, а й сильно заряджені пилові частинки мікронних розмірів. Взаємодія цих частинок призводить, зокрема, до утворення упорядкованих структур, які ми називаємо плазмово-пылевыми кристалами. На Землі процеси, які у таких структурах, спотворюються під впливом гравітації, але у космосі цей вплив відсутня. У майбутньому результати експерименту знайдуть цілком земне застосування - в мікроелектроніці, під час створення ядерних батарей та розвитку нових видів енергетики. Крім того, експеримент відкриє нові горизонти в медицині – зокрема стоматології: за допомогою плазмово-пилових технологій можливе створення принципово нових матеріалів для пломбування та протезування зубів.

Алмаз із пилу
Дата: 24/02/2005
Тема: Наука та техніка

«Замороженою» плазмою лікуватимуть зуби

Російські фізики зробили те, що ще вчора вважалося неможливим – «заморозили» плазму. Такими є підсумки експерименту, проведеного на Міжнародній космічній станції.
Вчені кажуть, що зможуть виростити у космосі величезні та надзвичайно чисті алмази.
Російські та німецькі фізики досягли парадоксального стану речовини. Це кристалічна плазма. Результат експериментів, без сумніву, сенсаційний і, на думку вчених, заслуговує на Нобелівську премію.
Саліжан Шаріпов та Лерой Чіао, які працюють на МКС, показали, як пилова плазма перетворюється на кристал. Експеримент проводиться у вакуумній камері, в яку вводяться пилові частинки мікронних розмірів і створюється плазма. Під дією електронного поля у невагомості з хаосу народжується ідеальна кристалічна структура. Спостереження за частинками проводиться за допомогою спеціальних лазерів.

Вчених, які працюють над цією програмою, та космонавтів такий результат не дивує. Експеримент було розпочато ще на російській станції «Мир» та проводився у звичайній скляній колбі. Тоді, вивчаючи перші результати, експерти Землі говорили: «Не буває такого стану речовини». Тепер це доводити не треба. Сьогодні йдеться вже про практичне застосування цього відкриття.

Є ідея створення потужної ядерної батареї для супутників зв'язку, яка працюватиме понад 30 років. Вчені також розраховують створити «пилосос» для видалення радіоактивних викидів при різних аваріях.

«Основною проблемою Чорнобиля був пил. Її треба було зібрати. Заряджений пил можна зібрати з обсягу електричним полем, тому на жаргоні це називається «пилосос», – розповідає академік РАН Володимир Фортов.

Є вже й реалізовані ідеї: на основі досліджень створено нові лазери та спеціальні установки, які використовуються у стоматології для боротьби з карієсом, а також ідеальні напівпровідники для мікроелектроніки. До того ж у космосі з алмазного пилу випікають величезні кристали, несхожі на земні. «Відстань між частинами кристалів у десятки тисяч разів більша, ніж у твердому тілі, – каже академік Фортов. - Це означає, що можна побачити всі процеси, які відбуваються в тілі на власні очі. Вам не потрібне рентгенівське випромінювання».

COMPUTERRA:
Дослідження за програмою "Плазмовий кристал" буде продовжено

Проведення на МКС цього унікального експерименту
"http://rian.ru/technology/20050208/22323428.html" target="_blank"
обходиться приблизно в мільйон євро на рік, його фінансування
здійснюється навпіл Німеччиною та Росією. Незважаючи на велику
вартість експерименту, вчені впевнені у його необхідності, оскільки
отримані результати дозволять створити компактні джерела живлення з
дуже великим терміном роботи, і навіть нові системи очищення речовин.

За словами Фортова на основі досліджень щодо проекту "Плазмовий
кристал" буде створено ядерну батарею з терміном служби 30-40 років і
потужністю 10-20 кВт з коефіцієнтом корисної дії близько 30%,
здійсненні цього проекту візьме участь Курчатівський інститут. У
Нині вже вдалося сконструювати окремі елементи ядерної
батареї майбутнього, і зараз вирішується завдання щодо об'єднання їх в єдине
ціле.
http://computerra-info.msk.ru/fido7.ru.computerra/8449.html

Академіки освистали міністра
Андрій Кондрашов

…Академік Фортів. Він пояснює президенту Путіну принцип дії електромагнітної зброї, над нею працювали роки, і вона тепер є. У цьому інституті вивчають пилову плазму, вона заповнює міжзоряний простір. Через 10 років досліджень плазмою навчилися керувати. Ще років за десять можливий переворот у світовій енергетиці. Або вже неможливий, раптом осікається вчений. Багато що тепер залежить не від приладів.
http://www.websib.ru/noos/economy/news/05-06-03i.htm

Екстремальний Фортів
Чому наші "погані" ідеї буквально рвуть на Заході, а тут вони нікому не потрібні?
Юрій Медведєв
Дата публікації 8 лютого 2005 р.

Сьогодні міністр науки Німеччини відкриває в Москві російсько-німецький дослідницький центр з фізики плазми, де представлені роботи вашого інституту. У чому їхня суть?

Фортов Прийде згадати школу. З курсу фізики відомі чотири стани речовини: твердий, рідкий, газоподібний та плазма. Перехід до кожного наступного стану супроводжується все більшим нагріванням та втратою впорядкованості у структурі речовини. Свого часу Нобелівський лауреат Вігнер висунув ідею, що плазму можна "заморозити". Схожу нагоду розглядали наші великі теоретики Ландау та Зельдович. Вказали і шлях: енергія взаємодії частинок у плазмі має бути більшою за її температуру. Але як це зробити конкретно, класики не пояснили.
Останнім часом такий спосіб удалося знайти. У плазму ми вводимо частинки пилу. За певних умов ними накопичується величезний заряд. Він і забезпечує таку енергію взаємодії частинок, що порошинки вишиковуються в кристали. Виходить свого роду "заморожена" плазма.

А чому експерименти йдуть у космосі, на МКС?

"Ні" цифровому розшарування в Росії!
Д. В.

Так сказали учасники першого в Росії Міжнародного семінару "Проблеми подолання цифрової нерівності в Росії та країнах СНД". Він відбувся 28 листопада у прес-центрі Будинку Уряду РФ. Дистанційно у семінарі брали участь зацікавлені особи з Челябінська, Томська, Пермі та інших великих міст країни.

Всі заявлені доповідачі, на диво, з'явилися як один, але не всі змогли виступити через брак часу. Проте організатори, насамперед Департамент урядової інформації Апарату Уряду РФ, пообіцяли випустити збірку всіх підготовлених доповідей (інформацію про збірник можна отримати за адресами [email protected]або [email protected].

Запропоновані учасникам теми для обговорення звучали досить хитромудро:

Визначення поняття "цифрової нерівності" ("цифровий розрив");

Національний вимір цифрової нерівності;

Оцінка ситуації та тенденції у глобальному масштабі;

Економічні, політичні, правові, соціальні, технологічні, культурні, освітні та інші аспекти проблеми;

Місце та роль держави у вирішенні проблем цифрової нерівності;

Інститути громадянського суспільства та бізнес у контексті глобальних та національних інформаційних процесів;

Міжнародні та національні ініціативи, проекти, рішення, досвід.

Академік Володимир Фортов переконував присутніх у тому, що в Росії ведуться фундаментальні дослідження щодо квантових комп'ютерів, квантової телепортації та інших нових фізичних способів виробництва обчислень та передачі інформації. Дуже сильні ми, за його словами, у галузі електромагнітних випромінювачів – бойової зброї інформаційних воєн. Інша наша перевага перед відомим ким - чудова система вищої освіти, особливо фізико-математичної. Так, наприклад, теорію функцій комплексних змінних академік складав на другому курсі МФТІ. І яким же був його подив, коли він відвідав американські університети і дізнався, що там цю теорію вивчають лише аспіранти. Цікаво, а що тоді вивчають наші аспіранти?

На запитання анкети "Вчора, сьогодні, завтра" (див. "Наука та життя" №№ 9, 12, 2004 р.; №№ 1, 2, 3, 2005 р.) відповідають відомі вчені - автори "Науки та життя" .

1. Охарактеризуйте, будь ласка, стан галузі науки, в якій ви працюєте, яким він був приблизно 20 років тому? Які тоді проводилися дослідження, які наукові результати були найзначнішими? Які з них не втратили актуальності на сьогоднішній день (що залишилося у фундаменті будівлі сучасної науки)?

2. Охарактеризуйте сьогоднішній стан тієї галузі науки і техніки, в якій ви працюєте. Які роботи останніх років ви вважаєте найголовнішими, які мають важливе значення?

3. На які рубежі вийде ваша сфера науки через 20 років? Які кардинальні проблеми, на вашу думку, можуть бути вирішені, які завдання хвилюватимуть дослідників наприкінці першої чверті XXI століття?
У ФІЗИЦІ ЕКСТРЕМАЛЬНИХ СТАН МИ ВСЕ ЩЕ ЛІДЕРИ
Академік В. ФОРТОВ, директор Інституту теплофізики екстремальних станів Російської академії наук.

Ми займаємо провідні позиції з вивчення кулонівського впорядкування у сильно неідеальній пиловій плазмі. Реалізовано умови кулонівського "замерзання" та отримано плазмові рідини та кристали. Ведуться масштабні роботи з термічних, електророзрядних, ядерних, пучкових та оптичних способів генерації пилової плазми, включаючи досліди на Міжнародній космічній станції.

Дослідники з наукової школи академіків А. В. Гапонова-Грехова та Г. А. Місяця отримали піонерські результати щодо генерації рекордно високих (мультигігаватних) потужностей НВЧ-випромінювання та запропонували найцікавіші практичні додатки цих пристроїв.

Говорячи про теоретичні роботи, я б відзначив поширення чисельних методів Монте-Карло та молекулярної динаміки на опис квантових явищ. З'явилися дуже досконалі методи розрахунку нестаціонарних газодинамічних явищ у щільних плазмових середовищах.

Я сподіваюся, що період стагнації нашої науки закінчиться і впевнений, що через 20 років фізика екстремальних станів не втратить актуальності. Адже йдеться про розуміння найбільш загальних, фундаментальних процесів у природі та науці, про основи енерготехнологій.

У недалекому майбутньому, мабуть, вдасться зареєструвати термодинамічні прояви фазових переходів у стислій неідеальній плазмі.

Потужні фемтосекундні та аттосекундні лазери дозволять просунутися за шкалою тисків в ультрамегабарний _ гігабарний діапазон, де можна буде побачити експериментальні прояви "оболонкових" ефектів, нові фазові трансформації речовини, вивчати кінетику надшвидких і атермічних фазових переходів і механіку високого тиску. . У експериментаторів з'являться пристрої для генерації ультрависоких концентрацій енергії, що дасть можливість вивчати релятивістську плазму, спонтанне народження електрон-позитронних пар, гігагаусні магнітні поля, будувати плазмові прискорювачі, досліджувати ядерні реакції в пучках гарячої плазми та багато інших явищ, які ми зараз собі уявити.