08.09.2003 09:54
Российские ученые на пороге технической революции. В Дубне сделаны открытия, не имеющие мировых аналогов. Солнечные батареи с 90% КПД и квантовый компьютер практически созданы
Галина КОРАБЛЕВА
Эксперты Фонда поддержки общественных и политических дискуссий "Дискуссионное пространство", проводя анализ прессы, обратили внимание на статью в газете "Содружество" за апрель 2003 г. с интригующим названием "Физики Дубны предрекают новую техническую революцию". Общеизвестно, что научно-техническая революция √ это период времени, в течение которого происходит качественный скачок в развитии науки и техники. НТР оказывает большое влияние на все стороны жизни общества. Наука, по Попперу, приносит непосредственную пользу общественному производству и благосостоянию людей, развивает ум, экономит умственную энергию. Отсутствие же движения внутри нее приводит к стагнации в обществе.
Сложилось мнение, что сегодняшнее состояние и развитие российской науки, физики в частности, близко к застою. Оттого поистине дерзкое название статьи привлекло внимание экспертов. Мы решили узнать, что же происходит на самом деле, и связались с героями очерка с целью выслушать их аргументы в отношении столь смелого заявления и выяснить, насколько название статьи отражает действительность. Так мы оказались в Дубне, в Научном центре прикладных исследований Объединенного института ядерных исследований (НЦеПИ ОИЯИ). Беседу с директором НЦеПИ ОИЯИ Валентином Самойловым и научными сотрудниками Олегом Займидорогой, Игорем Проценко ведет директор центра "Дискуссионное пространство" Галина Кораблева.
Уважаемые физики, скажите, действительно ли вы считаете, что грядет новая техническая революция? Не является это преувеличением или, может быть, уловкой журналистов?
В.С.: Да, мы со всей ответственностью сегодня заявляем, что подошли к открытиям, которые произведут новую техническую революцию в физике, химии, электронике, оптике и сопредельных с ними отраслях народного хозяйства. И мне очень приятно, что данная эволюционная страница принципиально нового развития технологии открывается именно в России, нашими учеными.
Каковы основные направления деятельности Центра? Расскажите о проводящихся Вами перспективных теоретических исследованиях.
В.С.: Теоретические и экспериментальные исследования и разработки высоких технологий ведутся в Центре параллельно. Все внутренние резервы расходуются на научно-исследовательские работы, которые составляют до 50 процентов всего объема выполняемых работ.
Перспективные теоретические исследования, проводимые НЦеПИ ОИЯИ, посвящены разработке базовых основ (или граничных условий функционирования) новых электронных, магнитных, оптических и иных устройств, построенных на основе технологий третьего тысячелетия √ использовании нового вещества, √ гетероэлектрика (далее √ ГЭ).
Понятие "гетероэлектрик" впервые введено в обращение и запатентовано НЦеПИ ОИЯИ. ГЭ состоит из носителя и наночастиц материала, отличного от материала носителя. Носитель √ это гетерогенная среда или система различных частей, каждая из которых гомогенна и различна по своим физическим и химическим свойствам √ нечто похожее на "котел", где всего понемногу. Далее в эту среду ("котел") вносятся наночастицы (1x10-9 м) различных материалов (своего рода "затравка") для получения ГЭ. Воздействие на ГЭ электромагнитными полями (ЭМП) вызывает самофазирующиеся когерентные (согласованные во времени) колебания электронов наночастиц, что, в свою очередь, приводит к интенсивному взаимодействию всего ГЭ с ЭМП, то, что мы назвали "суперкогерентностью". Материалы, полученные таким образом, обладают уникальными навязанными им свойствами. Данный процесс позволительно сравнить с прекрасно обученным подразделением солдат, действующих по команде вместе, синхронно.
Приведу примеры. Фотоэлементы, применяемые в "солнечных батареях" и изготовленные по технологии гетероэлектрики, могут достигать КПД 90% и, кроме того, обладают дополнительной уникальной способностью работать ночью. Сегодня реальные аналогичные показатели КПД в мире √ 12√18%. В США планируется достичь уровня КПД 34% только через два года! Стекла, изготовленные по технологии гетероэлектрики, пропускают свет в любом заданном спектральном интервале или вообще не пропускают свет вне данного интервала (идеальные различные фильтры).
В научных журналах и статьях нередко пишут о наночастицах и нанотехнологиях. Что они собой представляют?
О.З.: Нанотехнологии имеют дело с отдельными объектами или группами объектов (нанообъектов) размером порядка нанометров (1 нанометр √ одна миллиардная доля метра). Нанообъекты могут быть достаточно сложными (например молекулы-наномоторы, молекулы-фулерены). Но даже простые нанообъекты (например наночастицы металла) имеют физические и химические свойства, отличные от свойств более крупных объектов из того же материала, а также от свойств отдельных атомов. Скажем, температура плавления частиц золота размером 5√10 нм на сотни градусов ниже температуры плавления куска золота объемом 1 см3. Наночастицы проявляют сильные каталитические свойства.
Оказывается, что группы наночастиц могут обладать новыми качествами из-за их взаимодействия друг с другом. Последнее имеет место в гетероэлектрике. Если размер частицы в гетероэлектрике много меньше длины волны ЭМП (т.е. несколько десятков нм для видимого света), то наночастица, с точки зрения взаимодействия с ЭМП, √ обычный маятник. Приложенное ЭМП возбуждает колебания таких наночастиц-маятников, взаимодействуя с их электронами. При этом каждая наночастица излучает собственное, слабое, ЭМП и, таким образом, взаимодействует с соседями, заставляя их электроны колебаться синхронно со своими. При этом резко возрастает энергия системы из N наночастиц, она оказывается ╩ N2. Это и обуславливает особые свойства гетероэлектриков в ЭМП.
Тип материала наночастиц и их концентрация сильно влияют на теплофизические и магнитные свойства. Так, при малых концентрациях значительно возрастают магнитные и парамагнитные свойства, и наночастицы вещества проявляют уникальное свойство √ "самосборку кристаллической структуры".
Нанотехнологии используются уже в военной и гражданской областях. Появились новые нанопродукты. Сообщают, например, об устойчивых к царапинам очках, наполненных гелем кедах, созданных в США. Обогащенными образцами пластмасс надеются заменить металлические корпуса баллистических ракет и ракет, предназначенных для запуска спутников. Есть ли у Центра в этой области достойный ответ? Что Вы можете или планируете предложить потребителю?
О.З.: Прежде всего могу сказать, что кеды, наполненные гелем, уже вчерашний день! Я не удивлюсь, если используя предлагаемые нами технологии, завтра возникнет идея сделать на базе ГЭ кеды или кроссовки, аккумулирующие энергию передвижения и отдающие ее при соприкосновении с твердой поверхностью, что будет выражаться в облегчении движения, условно √ "ходьба, как по Луне". Вот это задача для ГЭ применительно к любой обуви, и я знаю, что она может быть выполнена в кратчайшие сроки.
Теперь о новых материалах. Огромные усилия были направлены на создание технологии производства сверхчистых (степень очистки 10-7 и более) редкоземельных материалов (РЗМ), которые в таком виде уже обладают неизученными новыми свойствами. До этого времени достичь подобной чистоты было невозможно, поскольку попадавшие в металл примеси, естественно, снижали точность и чистоту эксперимента. При внесении сверхчистых РЗМ в ГЭ могут, при определенных условиях, возникать сверхжаропрочные и сверхлегкие металлы, не требующие тепловой защиты, использовать которые можно, например, для корпуса ракет и самолетов. Вот такие перспективы открывает гетероэлектрик.
Какие из упомянутых исследований Центра могут применяться на практике и в каких областях?
В.С.: Исследования авторов серии патентов показали, что применение ГЭ с новыми свойствами, в основе которых лежит механизм суперкогерентности, является универсальным методом решения самых разнообразных прикладных задач по управлению электромагнитным полем.
Сегодня коллектив авторов патентов описал 24 класса типов применения ГЭ. По нашим экспериментам, качественный скачок по большинству направлений составляет от 100 до 1000 раз. И это реальность.
Например, оптические и инфракрасные фильтры, линзы и зеркала, оптические материалы с высоким показателем преломления могут использоваться для очков, биноклей, в стеклах обычных окон для полной защиты от ультрафиолета и без ограничений доступа видимого света. Высокочастотные емкости, индуктивности применимы в электронике √ миниатюризация в 10√100 раз любых электронных приборов.
Разработанная в нашей лаборатории технология получения фотонных кристаллов обещает уникальные сферы применения в оптической электронике, лазерной технике и телевидении, открывает новые возможности в голографии.
С помощью ГЭ можно создать сверхминиатюрные генераторы когерентного ЭМП √ нанолазеры; нелинейные и бистабильные оптические элементы и др. Повышение действенности преобразования энергии ЭМП в электрическую энергию решает задачу создания высокоэффективных фотокатодов, фотоэлементов и "солнечных батарей".
Конструирование принципиально новых устройств обработки информации √ квантовых логических ячеек, оптических логических блоков √ позволяет создать на основе технологии ГЭ квантовые компьютеры, использующие вместо электрического сигнала световой импульс. Быстродействие компьютеров при данных технологиях практически не будет иметь ограничений и может возрасти в несколько тысяч раз.
Это всего лишь небольшая часть принципиальных открытий в этой области и спектра возможного их применения. Следует отметить, что гетероэлектрики могут обладать целым рядом новых свойств и применений, которые еще неизвестны, как в случае с лазером, находящем самое разнообразное применение на протяжении всего периода его развития.
Существуют ли в Ваших планах исследования по компьютерным технологиям и другим отраслям промышленности, кроме уже упоминавшихся?
В.С.: Исследуются возможности создания логической ячейки квантового компьютера на основе квантовой интерференции с использованием наночастиц и квантовых точек. В настоящее время готовится к патентованию логическая квантовая ячейка на ГЭ. В ближайшее время данная логическая ячейка, на основе технологии ГЭ появится. Ее физическое появление равносильно открытию транзистора. Данная квантовая логическая ячейка √ это элементарный начальный узел, который невозможно в оптическом компьютере ничем заменить и без которой компьютер не сделать.
Является ли Центр обладателем разработок, не имеющих аналогов в мире? Есть ли у Вас запатентованные работы?
О.З.: Исследования ГЭ, выполненные авторами, привели к патентованию новых оптических элементов и электронных приборов, среди которых: фильтры оптического и инфракрасного излучения с заданной одной или несколькими спектральными полосами поглощения ЭМП видимого или ИК-диапазона; фотокатод, фотоэлемент, гетерогенный фотоэлемент, в которых эффективность преобразования световой энергии в электрический ток повышена в несколько раз; лазер с высоким коэффициентом усиления. В настоящее время проводится патентование дипольного нанолазера (ДНЛ).
Ведется подготовка к патентованию элементарных изделий, построенных по технологии ГЭ, а именно: миниатюрной емкости частотного диапазона 1√1000 ГГц, размера менее 100 нанометров, миниатюрной индуктивности того же частотного диапазона, накопителя электрической энергии до ╩ 0.11 фарады. Возможно создание резисторов.
В стадии разработки находятся: зеркала и линзы на основе ГЭ, усилители и бистабильные элементы для оптической обработки информации на базе дипольного нанолазера, в том числе для создания квантовой логической ячейки, жидкости с наночастицами как эффективные теплоносители, контрастные жидкости для медицинской диагностики. Исследуются ГЭ с ферромагнитными наночастицами, ГЭ из сегнетоэлектриков с наночастицами.
В.С.: Позвольте дополнить. Запатентована технология производства микропористых кварцевых стекол.
Из вашего рассказа видно, что российская наука не стоит на месте, более того √ она развивается и несет обществу новые открытия. Понятно, что одно новшество, и даже два √ еще не революция. Однако число (и суть!) исследований и разработок Научного центра прикладных исследований настолько впечатляюще, что сам собой напрашивается вопрос: какое же количество открытий, по-вашему, позволит говорить о том, что пора революционной эры уже пришла? Или иначе: чего, собственно, не хватает, чтобы ╚назвать дату╩ ее наступления?
В.С. Конкретно я бы назвал дату начала НТР как дату создания федерального центра и принятия Президентской программы, о которой я уже говорил ранее.
Что же нам следует ожидать от технической революции √ оптимизации всей деятельности общества или усугубления негативных проявлений цивилизации? Станет ли наша страна богаче, где людям будет жить легко и комфортно?
В.С.: В связи с тем, что данная НТР инициируется на территории Российской Федерации, может так оказаться, что это и есть исторический шанс России на возрождение. Мы считаем себя богатыми, потому что владеем технологиями третьего тысячелетия, которые в ближайшее время будут востребованы обществом.
11:08 28.08.03
УРАН В СТЕКЛЯННОЙ КЛЕТКЕ
добавить ресурс
.gif){kind=small}
Переработка мусора:
ТБО и другие проблемы современности:
© Дизайн Студии РОМАрт, 2004.