НА ПОРОГЕ НОВОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭРЫ

В интервью «ГА» заведующий лабораторией материальных волн Института физических исследований, доктор физико-математических наук, член-корреспондент НАН РА Артур ИШХАНЯН говорит о перспективах развития термоядерной энергетики.

- Г-н Ишханян, какими исследованиями вы занимаетесь?

- Я руковожу лабораторией материальных волн, которая уже более 30 лет занимается исследованиями в области квантовой и лазерной физики. Мы исследуем взаимодействие излучения с веществом, в частности, поведение простейших квантовых систем в лазерных полях. При этом взаимодействии происходят разные физические процессы. Когда я только начинал работать в нашем институте, его директором был известный ученый – Михаил Левонович Тер-Микаелян, который поручил мне ознакомиться с тогда недавно опубликованной статьей, посвященной взаимодействиям простейших атомных систем с оптическими полями.

В процессе развития идеи этой статьи было получено некое уравнение, которого не было в доступной тогда литературе. Некоторое время спустя в одной из публикаций я, наконец, нашел буквально пару строк, где упоминалось уравнение Гойна, о котором и идет речь. Но это уравнение изучено не было, и информация по этому вопросу отсутствовала. Меня это заинтересовало, и я постоянно возвращался к этому уравнению, однако все попытки продвинуться в этих исследованиях не давали результата. Потом вышла книга, посвященная уравнению Гойна, и это еще более усилило мой интерес к этим исследованиям.

Наконец, в 2001 году я опубликовал статью, где очень кратко упоминалось уравнение Гойна, и я представлял результат исследований, который казался мне незначительным. Но вскоре авторитетная международная группа математиков опубликовала отчет, в котором в числе значительных достижений, связанных с исследованиями уравнения Гойна, упоминалась и моя работа. Только годы спустя я понял, почему полученный мной результат был представлен как серьезное достижение. Сегодня уравнение Гойна широко применяется в разных областях математики и физики, в том числе при проведении исследований по самым передовым направлениям, имеющим практическое значение. А для нашей лаборатории эти исследования вошли в число основных.

- То есть все это время вы занимались исследованиями, связанными с уравнением Гойна?

- Разумеется, нет. Начиная с 1997 года наша лаборатория занималась Бозе-Эйнштейновским конденсатом. Это очень любопытное явление, которое происходит при сверхнизких температурах. Самая низкая температура на Земле – 89 градусов Цельсия - зарегистрирована в Антарктиде. А самым холодным во Вселенной является реликтовое излучение, оставшееся после Большого взрыва, его температура - 3 градуса Кельвина. При этом Бозе-Эйнштейновская конденсация материальных частиц возможна только при температуре, которая в 10 миллионов раз ниже, чем температура реликтового излучения. Это явление было теоретически предсказано Бозе и Эйнштейном в 1925 году, но долгое время оно не находило прямого экспериментального подтверждения, поскольку получить температуру, при которой происходит эта конденсация, не удавалось. И лишь много десятилетий спустя, в 1995 году, Эрик Карнелл, Карл Виман и Вольфганг Каттерле смогли получить Бозе-конденсат, за что были удостоены Нобелевской премии 2001 года. В дальнейшем эти исследования продолжились, результаты были отмечены вручением еще нескольких Нобелевский премий. Этими исследованиями наша группа занималась в течение 10 лет, результаты опубликованы в авторитетных международных журналах, и тогда наша лаборатория стала называться лабораторией материальных волн. Эти исследования вошли и в тематику конференций по лазерам, которые ежегодно проводятся в нашем институте.

- Что представляет собой Бозе-конденсат?

- Это пятое агрегатное состояние вещества наряду с твердым, жидким, газообразным и плазмой. Оно очень отличается от других агрегатных состояний и в атомных масштабах представляет собой гигантскую волну. Получение этого конденсата имеет не только чисто научное, но и практическое значение, поскольку конденсат Бозе-Эйнштейна благодаря своей особой чувствительности может использоваться в высокотехнологичных устройствах, таких как квантовые компьютеры.

- А исследовательский интерес к уравнению Гойна несколько снизился?

- Наоборот. В последние 10 лет в авторитетных научных журналах публикуется примерно 500 статей в год по этой теме. И это, разумеется, неслучайно. Функция Гойна стала аппаратом для решения очень разных задач - в области квантовой физики, лазерной физике, теории материальных волн, астрофизике и космологии. Например, как мы знаем, существуют черные дыры, некие таинственные объекты, из которых свет не может выйти наружу. Какие процессы там происходят? Как это связано с внешним миром? Это очень интригующие вопросы современной физики. Пытаясь найти на них ответы, ученые также используют функцию Гойна. Трудно перечислить все области, где эта функция применяется. Разумеется, и наша лаборатория продолжает эти исследования. Мы активно ищем области применения этой функции, публикуем статьи по полученным результатам. Я стал получать много предложений о сотрудничестве по этой тематике, в том числе от профессора Клименте Цезарано, который использовал эту функцию в математике. Результатом этого сотрудничества стали две публикации в передовых журналах. Потом появилась идея использовать эту функцию в физике плазмы. Я получил предложение от итальянского профессора Флавио Кризанти принять участие в исследованиях в рамках огромного европейского проекта, связанного с термоядерными реакциями.

- О термоядерном синтезе говорится давно, с использованием этих реакций связывались большие надежды в области энергетики, но, видимо, пока не удалось достигнуть желаемых результатов…

- Ученые не только не отказываются от идеи использования термоядерных реакций для получения электроэнергии, но и планируют предпринять ряд конкретных шагов для достижения этой цели. Сейчас Евросоюз запускает программу по этой тематике. Во Франции начато строительство реактора ITER Токамак стоимостью 20 миллиардов долларов. К 2040 году предполагается получить стабильную медленную реакцию, что является необходимым условием ее практического использования, а к 2050 году планируется создать демонстрационную термоядерную электростанцию.

- В чем преимущества термоядерной энергетики?

- Термоядерная энергетика очень отличается от атомной. Во-первых, она совершенно безопасна. Если даже термоядерный реактор взорвется, это не будет иметь никаких опасных последствий. Когда происходит утечка, реакция сразу же прекращается. И что еще очень важно - такая станция работает на тяжеловодородной воде, запасы которой практически неограниченны. И если эта энергетика заработает, вопрос обеспечения человечества электроэнергией будет решен навсегда.

- Какие проблемы пока не удается решить, чтобы использовать эти реакции для производства электроэнергии в промышленных масштабах?

- Для практического использования термоядерной реакции ученым предстоит решить несколько задач – замедлить реакцию и при этом достигнуть температуры 10 миллионов градусов. Но проблема в том, что на Земле нет материалов, которые в состоянии выдержать температуру более 4000 градусов. А для выполнения поставленных задач нужна температура значительно выше. Но нужно каким-то образом удержать в какой-то камере эту смесь, причем так, чтобы она ни с чем не соприкасалась, потому что, как я уже говорил, никакой материал такой температуры не выдержит.

- То есть проблема практически нерешаемая?

- Это не так. Решение найдено, осталось сделать его экономически выгодным. Еще в 50-х годах советскими учеными была создана установка токамак, которая, по сути, является камерой, в которой плазма удерживается не стенками, а магнитным полем. Но проблема в том, что для создания необходимых магнитных полей, которые удерживают вещество на расстоянии от любых материалов, требуется значительно больше энергии, чем та, которую дает термоядерная реакция. Однако наука, хотя и медленно, но продвигается к решению этой проблемы. Если в первых токамаках соотношение затрат на создание магнитного поля и полученной энергии составляло 50 к 1, то сегодня положение существенно изменилось и затраты электроэнергии всего лишь в полтора раза превышают полученную энергию. Но на то, чтобы добиться этого результата, ушло 70 лет.

- То есть установка, которую предполагается построить в Европе, еще не станет пригодной для эффективного практического использования и решения задачи промышленного энергоснабжения?

- Предполагается, что уже в ближайшее время удастся добиться положительного баланса и работы по совершенствованию установки будут продолжены. Параллельно в Италии запускается второй проект - DTT, который должен решать различные теоретические и практические задачи. Так что вопрос перехода к термоядерной энергетике несомненно будет решен.

- Каким образом удалось улучшить характеристики реактора?

- Решающую роль сыграло изменение геометрической формы среза токомака. Изначально она была круглой, теперь D-образной, и ожидается, что со временем она станет бобовидной, что значительно повысит ее производительность.

- В чрезвычайно важных проектах такого масштаба обычно участвуют ученые многих стран. Предполагается ли участие Армении в этом проекте?

- На индивидуальном уровне я уже участвую в итальянском проекте. Сотрудниками нашей лаборатории были произведены расчеты, которые имеют важное практическое значение. Сейчас рассматривается вопрос официального включения Института физических исследований НАН РА в эту программу. Проект подготовлен, надеемся получить соответствующие гранты.