Нобелівський лауреат Карло Руббіа розповів про пошуки таємничих частинок, що утворюють темну матерію Всесвіту.

На симпозіумі відбулася презентація книги Жореса Алферова (він - у центрі) "Наука і суспільство", в яку автор включив свої статті та інтерв'ю, опубліковані в журналі "Наука і життя".

Академік Пилип Григорович Рутберг вважає, що за допомогою плазмових технологій можна вирішити відразу дві важливі завдання: переробки відходів і отримання енергії.

Нобелівський лауреат з Тайваню Ян Лі вважає, що XXI століття може виявитися критичним для людської цивілізації.

Нобелівський лауреат Айвар Джайевер радить вченим активніше займатися бізнесом в області високих технологій.

<

>

Серед кількох десятків найцікавіших доповідей, що прозвучали на форумі протягом трьох днів, спеціальний кореспондент журналу "Наука і життя" зупинилася на виступах "нобелівцям": фізиків Карло Руббіа і Айвара Джайевер, хіміка Яна Лі, а також академіків Євгена Велихова, Дмитра Львова, Олександра Некипелова, Філіпа Рутберг, докторів фізико-математичних наук В'ячеслава Андрєєва і Сергія Капіци. Розмірковуючи про таємниці Всесвіту і нагальну потребу пошуку поновлюваних джерел енергії, про жорсткий пресинг суспільства споживання на навколишнє середовище, про глобальне потепління і загрозу біорізноманіттю земної кулі, вчені вкотре задаються тривожним питанням: чи не виявляється людство у останньої межі?

ТАЄМНИЦІ ВСЕСВІТУ

Карло Руббіа, італійський фізик, нобелівський лауреат 1984 года, удостоєний премії за роботи, які привели до відкриття елементарних частинок, службовців переносниками слабкої взаємодії, - W- і Z-бозонів, розповів про експерименти останніх років, що проводилися в ЦЕРНі - Європейській організації ядерних досліджень . Свого часу, маючи групу в 100 чоловік, Руббіа забезпечив реалізацію грандіозного проекту ЦЕРНу - будівництво надпотужного протонного прискорювача, а також створення 1200-тонної детекторной камери, що дозволяє ідентифікувати і визначати властивості нових частинок, пошуками яких займаються вчені. В останні роки їм вдалося істотно просунутися в розумінні процесів, що відбуваються у Всесвіті. Астрофізики впевнені, що основну частину Всесвіту заповнює поки ще невловима темна матерія. В даний час найбільш імовірним "підозрюваним" на роль заволоділи нашим світом невидимок вважаються WIMPs - слабовзаємодіючих із звичайною речовиною масивні частинки ( "вімпси"). Вони важче протонів і нейтронів, з яких складаються ядра атомів, і здатні взаємодіяти з ними тільки за допомогою гравітації. Ніяким іншим чином впливати на звичайну речовину вони не можуть. Для реєстрації дуже рідкісних зіткнень між WIMPs і нормальними частинками фізики встановлюють детектори глибоко під землею, захищаючи їх таким чином від космічних променів, здатних спотворити картину. Світиться темна матерія імовірно утворює гало, що оточує галактики на зразок хмари і тягнеться в десятки разів далі їх видимої кордону. Взаємодія частинок темної матерії, в першу чергу їх анігіляція, дуже цікавить фізиків. Потік гамма-квантів, що народилися після анігіляції різновидів WIMPs, званих нейтраліно, може бути на порядок вище, ніж вважалося раніше. Для розробки моделей цих процесів використовують теорію суперсиметрії (SUSY). Експерименти, проведені зараз в ЦЕРНі з детектування WIMPs і SUSY-ефектів, можуть допомогти експериментаторам отримати нові знання про устрій світу.

Академік Євген Павлович Веліхов почав своє повідомлення "Обертання у Всесвіті" зі слів, що російським вченим слід говорити про простих і дешевих речах, з огляду на взаємини науки і суспільства в нашій країні. Він розповів про витончені і недорогих експериментах, проведених в очолюваному ним Російському науковому центрі "Курчатовський інститут". Мета цих експериментів - моделювання в лабораторних умовах процесів, що відбуваються в галактиках.

Приблизно 80% галактик високої світності (світність галактик змінюється від декількох мільйонів светимостей Сонця до декількох сотень мільярдів - для галактик-гігантів) відносяться до спіральним. Будь-яку спіральну галактику можна представити у вигляді газового диска. Цей диск крутиться диференційно: в середині - швидше, а по краях, на периферії, - повільніше. Тому вчені давно задаються питанням, чому характерний симетричний спіральний візерунок дискових галактик жевріє, адже, здавалося б, диференціальне обертання повинно розтягнути і розмити його за кілька оборотів?

Вчені з Курчатовський інститут змоделювали спіральну структуру галактик, замінивши газ водою. У спеціальній "сковорідці" вони крутили з різними швидкостями налиту тонким шаром воду. Результати дослідів підтвердили, що рух води і процеси в газовому диску галактики можна описати однаковими рівняннями гідроаеромеханіки. Таким чином, модельний експеримент підтвердив передбачений теоретиками механізм утворення галактик, так звану гидродинамическую теорію формування спіральної структури галактик з швидко обертається ядром. За це дослідження фізики Курчатовський інститут отримали Державну премію. Зараз вчені готують інший оригінальний експеримент, який буде моделювати процеси, що визначають сонячну активність, а також явища, що відбуваються при падінні речовини на гравитирующего центр. Моделювання нестаціонарних гравітаційних процесів представляє особливий інтерес, оскільки вони служать основним джерелом енергії в космосі.

ПЛАЗМА НА ЕКОЛОГІЧНОЇ СЛУЖБІ

Академік Пилип Григорович Рутберг, директор Інституту проблем електрофізики (ІПЕФ) Російської академії наук, розповів про розробки вчених інституту в області використання біомаси як поновлюване, екологічно чистого джерела енергії.

Сьогодні вже 14% світової енергетики працює за рахунок поновлюваних джерел енергії, в тому числі 11% - за рахунок біомаси, запаси якої колосальні. Її використання може дати 92 мільйони тераджоулей енергії в рік. На думку академіка, для цього треба замінити малоефективні, екологічно небезпечні методи переробки відходів, що включають реакцію з киснем, на високотехнологічні плазмові методи переробки біомаси. Новий метод поводження з відходами - високотемпературний плазмовий піроліз - використовує досягнення фізики плазми і ракетної техніки. Основа плазмової переробки відходів - розкладання молекул на атоми при температурах від 1200 до 2000оС (для самих шкідливих сполук - до 4000оС). Подальше швидке охолодження, так зване загартовування, не дає можливості з'єднатися їм знову. Плазмовий метод практично незамінний для переробки відходів сільського господарства, деревообробної, лісової, хімічної промисловості та медичних установ. Такі відходи часто дуже токсичні або небезпечні з точки зору поширення інфекції. Плазмовий піроліз дозволяє небезпечні речовини необоротно перевести (без сортування) з твердого стану відразу в газове і отримати синтез-газ - суміш водню з монооксидом вуглецю (СО), яка лише трохи поступається за енергетичною цінністю природному газу.

Перша створена в ІПЕФ РАН установка призначена для переробки дуже специфічного змішаного виду відходів - медичних. Установка продуктивністю 150-250 кг / год (це потреби великого госпіталю) була зроблена на замовлення і на кошти США. Пізніше в США побудували інші установки, які вже обігрівають невеликі містечка з населенням близько 30 тисяч чоловік. Наші плазмотрони працюють також в Японії, на Тайвані, колосальні замовлення зробив Китай.

Плазмотрони, сконструйовані в ІПЕФ РАН, працюють на змінному струмі. Це робить їх більш дешевими, ефективними і надійними в порівнянні з установками такого типу, виготовленими в Німеччині, де електрична дуга для перетворення газу в плазму запалюється за допомогою постійного струму. У Росії плазмотрони петербурзьких вчених поки не затребувані. Але розробники вже домовилися з владою Ленінградської області про будівництво в Лодейном Поле великого заводу для утилізації відходів міста і частково для його теплопостачання.

БЛИСКУЧЕ МАЙБУТНЄ СОНЯЧНОЇ фото-енергетика

Про досягнення сонячної фотоенергетики - абсолютно чистого джерела енергії - розповів доктор фізико-математичних наук В'ячеслав Михайлович Андрєєв, завідувач лабораторією Фізико-технічного інституту ім. А. Ф. Іоффе (ФТІ). Фотоелементи знайшли практичне застосування лише з середини 50-х років, коли вдалося досягти досить високих значень ккд. Сучасна сонячна фото-енергетика базується на кремнієвих фотоелементах на основі гетерострук тур, потужність яких в останні роки зростає з небувалою швидкістю - 30-40% на рік. В цілому в світі установки сонячної фотоенергетики виробляють зараз один гігават енергії в рік. До 2030 року, як очікується, ця цифра виросте до 200 гігават. Перехід від одноперехідних фотоелементів (містять один pn-перехід) до четирехпереходним дав триразове збільшення їх ККД - до 33% при наземних вимірах. Для створення таких складних структур в ФТІ побудована сучасна технічна установка, на якій зараз ведуть роботи з чотирьох-п'яти шарова фотоелементами, і вже досягнуто ККД більше 35%. Тобто вчені впритул підійшли до можливості створення економічно ефективних четирехпереходних елементів з ккд 45%.

Каскадні фотоенергосістеми на основі As-Ge здатні концентрувати сонячну енергію в сотні тисяч разів, завдяки чому їх можна застосовувати не тільки в космосі, але і на Землі.

Одне із завдань сонячної фотоенергетики - розробка ефективних концентраторів світла, перші з яких були засновані на параболічних дзеркалах. В сучасних концентратори, що використовують панелі, зібрані з мікролінз Френеля, вдалося подолати основну проблему - теплові втрати і перегрів елементів.

Перспективний напрямок розвитку фотоенергетики - сонячні термофотобатареі, що дозволяють отримувати селективне випромінювання (випромінювання певного спектру). Розроблені термофотобатареі вже мають ккд 27%.

Підсумовуючи досягнення сонячної фотоенергетики, професор В. М. Андрєєв констатував, що ефективність кремнієвих елементів виходить на насичення. Це вимагає пошуку нових матеріалів для сонячних батарей. Фотоелементи можуть стати конкурентоспроможними з іншими джерелами енергії, якщо вартість вироблюваної з їх допомогою енергії знизиться до 0,5 євро за один ват потужності. Як очікують вчені, цього можна досягти до 2030 року, поки ж сонячна енергія обходиться в 3 євро за один ват.

У ОСТАННЬОЇ МЕЖІ

Ян (Юань-Цзе) Лі, тайванський фізико-хімік, який отримав Нобелівську премію в 1986 році за внесок у розвиток досліджень динаміки елементарних хімічних процесів, назвав XXI століття критичним для людства. На рубежі двох століть ми вступили в нову епоху: на зміну конкуренції, заснованої на військовій гонці, прийшла конкуренція в області високих технологій.

"Одні це зрозуміли і почали багатіти, інші ще не зрозуміли, і це скоро позначиться на їхній добробут", - вважає вчений. На думку Яна Лі, людство вже найближчим часом може зіткнутися з проблемою голоду через гостру нестачу джерел енергії, з екологічними катастрофами - через "надрозвинену", зі страшними епідеміями - через стрімке перенесення по світу бактерій і вірусів, які набагато швидше людини пристосовуються до нових умов існування. "Наш світ стрімко стискається! Ми рухаємося до світу без кордонів", - стверджує Ян Лі.

Якщо тайванський вчений говорив про стиснення простору, то професор Сергій Петрович Капіца - про стиснення часу. Кожна наступна епоха, пережита людством, стає все коротшим. Однак, згідно з його теорією, народонаселення планети не буде стрімко збільшуватися нескінченно, і вже до 3000 року, в не настільки віддаленому за мірками історії майбутньому, наблизиться до своєї межі, який оцінюється в 10-12 мільярдів чоловік (див. "Наука і життя" № 3, 1998 г.). Однак, на думку професора, лімітуючі фактори росту народонаселення - не середовище і не ресурси. Перехід до стабільної популяції визначається межами можливостей інформаційного суспільства, в епоху якого світ вже вступив.

НАУКА І ЕКОНОМІКА

Ян Лі в своєму виступі зазначив, що наука не може розвиватися за планом. Практично всі найбільш значущі досягнення і відкриття ХХ століття не були передбачені: ні напівпровідники, ні комп'ютери, ні космічні дослідження, ні успіхи генетики. Дисонансом цим фактом прозвучала доповідь академіка Олександра Дмитровича Некипелова про середньострокову правитель жавної програми розвитку економіки в Росії, в тому числі науки і наукомістких технологій. У планах уряду - фінансування науки за кінцевим результатом, тобто перехід на кошторисна фінансування, що, на думку академіка, для фундаментальної науки і здравоохра нання нереально і навіть небезпечно. А. Д. Некипелов відзначив різке падіння попиту в країні на наукомісткі технології і істотну втрату потенціалу в високотехнологічному секторі економіки. Академік Дмитро Семенович Львів привів підтверджують цю думку дані. У 1992 році зростання ВВП в наукомістка секторі Росії становив 7,3% на рік, а в 2000-му - 0,9%. Для порівняння: в США ці цифри становили відповідно 28,1 і 33,9%.

На думку академіка А. Д. Некипелова, країна зараз знаходиться на якомусь перехідному рубежі, коли необхідно усвідомити небезпеку сировинної моделі, виробити стратегічну мету і знайти кошти для її реалізації. Без активних дій держави вирішити завдання модернізації економіки неможливо. Чи бачить уряд в Академії наук "локомотив" переходу до інноваційної економіки? З одного боку, є думка про доцільність перекладу Академії на самоврядування, але одночасно розглядається питання про призначення директорів інститутів.

"Забудьте про гранти! Займіться маркетингом, - порадив в своїй доповіді" Як починати бізнес в області високих технологій "лауреат Нобелівської премії американець Айвар Джайевер. - Правда, існує міф, що вчені - погані бізнесмени, - додав він, - і це суща правда ! "

Дійсно, вченим є чим зайнятися і крім бізнесу. Адже, як сказав Карло Руббіа, ми до сих пір не знаємо, чим заповнені 95% Всесвіту.