От Марса до мусора: какой будет конференция СПбПУ и Nature Research

С 18 по 20 сентября в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого состоится конференция «Достижения и применения физики плазмы» (Advances and Applications in Plasma Physics – AAPP 2019) под эгидой издательства Nature Research. Ведущий научный сотрудник Научно-исследовательской лаборатории управляемого термоядерного синтеза СПбПУ, член программного комитета конференции Павел Гончаров рассказал Indicator.Ru об особенностях предстоящей конференции и о российских исследованиях в этой области.

— Расскажите, чем примечательна эта конференция, почему она важна для научного сообщества?

— Конференцию вместе с нашим университетом проводят редколлегии трех журналов знаменитого научного издательства Nature Research: Nature Physics, Nature Reviews Physics и Nature Communications. Более того, это первая конференция издательства по физике плазмы и его первая конференция в России. Символично, что она проводится в год 120-летия Политехнического университета. Мы ожидаем около сотни участников из разных стран – Великобритании, Германии, Индии, Казахстана, Нидерландов, Португалии, Румынии, США, Франции, Японии и, конечно, России.

– Как развивается в университете физика плазмы? Ведь далеко не случайно именно Политех проводит конференцию?

– Отнюдь! Во-первых, у нас давние традиции физической науки и образования – начиная с Абрама Иоффе и его семинаров по физике, которые в молодом возрасте посещали, скажем, и Игорь Курчатов, и Юлий Харитон. Физико-технический институт имени Иоффе начинался как подразделение Политеха. С ним у нас давняя история взаимодействия, а сейчас в нем работают несколько компактных исследовательских токамаков.

У нас в Политехе есть кафедра физики плазмы, ей уже около 40 лет, и научно-исследовательская лаборатория управляемого термоядерного синтеза. Так что это одно из наших главных научно-образовательных направлений, мы готовим специалистов в области физики плазмы и управляемого термоядерного синтеза, ежегодно проводим международную летнюю школу по этой тематике в сотрудничестве с университетом SOKENDAI и японским National Institute for Fusion Science (Государственным институтом термоядерных исследований).

Ученые СПбПУ задействованы в проекте создания международного экспериментального термоядерного реактора ITER, в котором Россия активно участвует. Например, заведующий кафедрой физики плазмы Владимир Рожанский входит в научную группу проекта. Я работаю в рамках координированного научно-исследовательского проекта Международного агентства по атомной энергии по компактным термоядерным источникам нейтронов. Этому направлению уделяется большое внимание и в России.

– Каким направлениям будет посвящена конференция?

– Четырем основным направлениям современной физики плазмы. Первое из них – управляемый термоядерный синтез, удержание высокотемпературной плазмы. Есть мнение, что это одна из самых сложных научно-технических задач, которые человечество ставило перед собой. Второе – низкотемпературная плазма, с ней связано огромное число современных технологий: производство микросхем с травлением кремниевых кристаллов в плазменном разряде, плазменные прожекторы и другие источники света, электродуговые печи, резка и сварка металлов, промышленные плазмотроны, плазменная обработка поверхностей, газовые лазеры, медицинские приборы и многое другое. Третье направление – космическая плазма. Как любят говорить физики, 99% вещества во Вселенной существует именно в состоянии плазмы. У поверхности Земли природная плазма – редкость, а в космосе и звезды, и межзвездное вещество – все из нее состоит. Это тоже целая область, и по ней у нас будет отдельная сессия. Четвертая сессия будет посвящена плазме, которая возникает при облучении вещества лазером, и вопросам взаимодействия лазерного изучения с плазмой.

– Какие ожидаются интересные доклады?

– Один из самых ожидаемых докладов сделает директор направления научно-технических исследований и разработок Росатома Виктор Ильгисонис. Сейчас госкорпорация разрабатывает комплексную программу развития атомной науки, техники и технологий. В ней задействованы многие организации Минобрнауки, и один из проектов будет называться, как мы надеемся, «Термоядерные и плазменные технологии». В докладе Росатома, судя по названию, будет представлена программа в целом и рассмотрены перспективы развития термоядерных исследований в России.

Один из самых интересных докладов на сессии низкотемпературной плазмы будет затрагивать тему переработки бытовых отходов с помощью низкотемпературной плазмы. Низкотемпературной она считается только у физиков, на самом деле это тысячи или десятки тысяч градусов — настолько высокая температура, что при такой переработке мусора вредных выбросов в атмосферу практически не образуется. На выходе получается синтез-газ, то есть смесь монооксида углерода и водорода, которую можно использовать как топливо или сырье для органического синтеза. Доклад о такой технологии на основе плазмотронов переменного тока сделает представитель Института электрофизики и электроэнергетики РАН. В этом институте созданы собственные экспериментальные установки для плазменной газификации, и на базе этих разработок уже реализуется первый практический проект в Калуге.

Кроме того, на конференции выступят руководитель департамента по инженерии токамака ITER Александр Алексеев, который до этого работал в петербургском НИИ электрофизической аппаратуры имени Д.В. Ефремова, и глава российского агентства ITER Анатолий Красильников. Они будут рассказывать о ходе этого проекта. Также открытую лекцию прочитает представитель Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ). Он расскажет о статусе и координации работ в мире по тематике управляемого термоядерного синтеза.

На каждой из сессий по четырем названным направлениям о своих многолетних исследованиях расскажут представители ведущих мировых научных центров. Будут доклады о лабораторной плазме, о плазме разнообразных технологических установок, о солнечных вспышках, о плазменных процессах в ионосфере Земли, на Луне и на Марсе.

– На каком уровне сейчас находятся российские исследования в области физики плазмы?

– Несмотря на то, что Россия – основоположник термоядерных исследований в мире, сегодня экспериментальные возможности наших научных коллективов по этой тематике ограничены по сравнению с ведущими зарубежными. Для полноценного развития этого направления нужны современные масштабные установки, а у нас ничего подобного не строилось вот уже три десятка лет. Авторами идеи токамака – установки с магнитным удержанием плазмы – были академики Андрей Сахаров и Игорь Тамм, и долгое время наиболее впечатляющие экспериментальные результаты получались именно на советских токамаках, начиная с установок Т-3 и Т-4. Токамак Т-7 был впервые в мире оснащен сверхпроводящей магнитной системой. Последним крупным проектом перед распадом СССР был Т-15, который сейчас планируется модернизировать. Те установки, что есть в России сегодня, не реакторного уровня, но они позволяют решать ряд важных фундаментальных исследовательских задач.

При этом у нас сохранились научные школы, и мы публикуем работы не только соответствующие мировому уровню, но и задающие его в ряде областей. Например, математическое моделирование плазмы не требует такой обширной и дорогостоящей экспериментально-стендовой базы, которой сейчас располагают ведущие зарубежные научные центры и располагал раньше Советский Союз на уровне того времени. У нас в Политехе установлен один из самых производительных в России суперкомпьютеров.

Наша школа традиционно сильна в теории и математической физике, однако необходимо самостоятельно проводить современные эксперименты, получать новые данные, накапливать собственный практический опыт. Современный токамак-реактор с системами управления, диагностики и нагрева плазмы и другими необходимыми инженерными системами – это масштабный и сложный комплекс на передовом уровне доступных технологий. Поскольку собственная современная экспериментально-стендовая база должного уровня в России пока отсутствует, российские специалисты могут принимать участие в экспериментах на зарубежных установках или вносить вклад в обработку и анализ данных в рамках разнообразных видов международного сотрудничества.

– Как вы считаете, какую роль может сыграть конференция в Политехе с точки зрения дальнейшего развития работ по управляемому синтезу и физике плазмы в целом в России?

– Сама по себе конференция призвана обеспечить площадку для встречи и обмена мнениями между специалистами из разных областей физики плазмы и из разных регионов и стран, которые представят новейшие результаты, расскажут о текущих исследованиях и наиболее интересных технических применениях физики плазмы, смогут обсудить планы, возможно, договориться о сотрудничестве.

Мне бы хотелось, чтобы это яркое научное событие способствовало более активному внедрению плазменных технологий в Петербурге и в России в целом. От таких известных, как плазменное напыление, создание коррозионно-стойких и гидрофобных поверхностей до экологически чистой и энергетически выгодной технологии плазменной газификации отходов; от использования в городском освещении плазменных прожекторов до разработки отечественных нанометровых техпроцессов производства интегральных микросхем и до стоящих на переднем рубеже исследований термоядерных энергетических реакторов, термоядерных источников нейтронов и космических плазменных двигателей. В основе всего этого в значительной степени лежит именно физика плазмы. Возможно, эти технологии станут развиваться в федеральном технополисе, создание которого планируется при Политехе.

Сейчас Россия – единственный из ключевых участников международного проекта ITER, у которого еще нет своей собственной государственной программы термоядерных исследований и современных установок подобного уровня внутри страны. Да и наша возможность работать пока зависит от разнообразных краткосрочных, по сути, точечных коммерческих договоров и различных так называемых грантов. Но «служенье муз не терпит суеты». Чтобы вынашивать и воплощать идеи, писать монографии, выращивать специалистов, которые разбираются в физике плазмы, нужны годы, нужна преемственность, нужна последовательная, планомерная работа в рамках долгосрочной стратегии. Мы надеемся, что по нашей тематике будет представлена координированная долгосрочная государственная программа исследований, которая создаст возможности полноценного развития как фундаментальных, так и прикладных направлений.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.