Экстремальные состояния вещества широко используются в оборонной промышленности — это основа всего ядерного и термоядерного оружия. Их давно уже изучают в Академии наук, совместно с Российским федеральным ядерным центром — Всероссийским научно-исследовательским институтом экспериментальной физики. 20 декабря на заседании Президиума РАН выступил научный руководитель РФЯЦ-ВНИИЭФ, академик Радий Иванович Илькаев. В докладе «Имплозия. Экстремальные состояния вещества и процессы (по материалам совместных работ ВНИИЭФ и РАН)» он рассказал о достижениях и результатах общих с Академией наук исследований в областях электрофизики, газодинамики и лазерной физики.
«Золотой век» экспериментальной физики начался в послевоенное время. Тогда советские физики создали ядерное и термоядерное оружие на основе явления имплозии — «взрыва внутрь». Ученые начали изучать экстремальные состояния вещества, исследовать явления физики высоких плотностей энергии, газодинамики, электрофизики и экспериментировать с лазерами. Результаты этих работ — которые проводятся в РФЯЦ-ВНИИЭФ и сегодня —позволяют значительно совершенствовать ядерную и термоядерную военную технику. Чем же занимаются ученые, когда ядерные испытания не проводятся?
Их основной задачей, замечает докладчик, является обеспечение надежности и безопасности ядерного оружия. Для этого необходимо обращаться к основам фундаментальной физики, проводить различные эксперименты с лазерами и газодинамическими явлениями и моделировать всевозможные ситуации в лабораторных условиях.
Это не всегда просто — взять ту же известную нам планету Юпитер. Эта газовая планета состоит примерно на 90% из водорода и на 10% из гелия (по числу атомов). Согласно современным представлениям, температура ядра планеты — около 25 тысяч градусов Цельсия, а давление — 60 млн. атмосфер. Моделировать процессы, связанные с такими высокими показателями, в лабораторных условиях крайне сложно, но современная наука, благодаря проводимым исследованиям, позволяет это сделать.
Радий Иванович представил слушателям две модели сферических устройств, которые используются нашими физиками для проведения подобных экспериментов. В этих системах происходит сжатие дейтерия, наиболее перспективного для изучения вещества, и гелия на уникальном рентгенографическом комплексе. Первая модель — однокаскадная, вторая — двухкаскадная. Первая модель позволяет сжать газ в сто раз, до 4 г/см³, вторая — еще больше. Перед проведением таких экспериментов, конечно, необходимо проводить расчетное моделирование. По мнению Илькаева, уже совсем скоро ученые из наших исследовательских центров смогут моделировать подобные явления с еще большей точностью, что позволит получить больше знаний и фактов о газодинамической имплозии, а значит и применить их для совершенствования ядерной техники.
Одним из главных достижений совместной работы стало событие, произошедшее 13 декабря этого года: физики РФЯЦ-ВНИИЭФ и РАН установили мировой рекорд степени сжатия дейтерия, достигшее 100 млн. атмосфер. Предыдущий рекорд также принадлежал Российскому федеральному ядерному центру — степень сжатия дейтерия достигла 50 млн. атмосфер. Более того, проведенные эксперименты позволили физикам увидеть ранее не зафиксированный фазовый переход. Были заметны даже некоторые горизонтальные составляющие по плотности. Однако исследования сосредоточены не только вокруг дейтерия, хотя он и представляет наибольший интерес среди физиков, так как именно он является термоядерной горючкой.
Кроме того, в результате длительного изучения поведения газов при газодинамической имплозии в совместных экспериментах были достигнуты состояния, близкие к параметрам планет-гигантов Солнечной системы, а также создана технологическая база для изучения газов и их смесей в отдаленных местах.
Большие надежды докладчик возлагает и на лазерную физику. Лазеры позволили бы проводить множество до сих пор неосуществимых экспериментов, которые смогли бы заменить ядерные испытания. Сейчас РФЯЦ-ВНИИЭФ совместно с РАН собираются использовать одну из самых мощных в мире лазерных установок, которая принадлежит именно нашим российским ученым, для поиска веществ, получаемых до этого только при ядерных взрывах. Для получения разных типов веществ в условиях сверхвысокого давления предполагаются, соответственно, разные типы мишеней. Эксперименты запланированы на 2018 год.
Сейчас физики ВНИИЭФ готовы представить результаты проведенных экспериментов, в которых были получены плотности, достигающие 270 г/см³ при значительно большем давлении, чем в прошлых электрофизических экспериментах со взрывчаткой.
Далее, специалисты предложили моделировать способы уничтожения астероидов на лазерных установках. Для этого необходимо знать геометрию астероидов: допустим, нам угрожает астероид в 200 метров шириной. Чтобы разделить его на фрагменты, которые затем сгорят в атмосфере, нужно использовать несколько мегатонн энергии — это вполне реально осуществить.
Возможно также смоделировать действие огромного взрыва на самом астероиде, но здесь уже потребуется предельная точность. Так, при использовании энергии в 500 Дж/г произойдет частичное разрушение астероида, при энергии 3000 Дж/г — полное разрушение без осколков. Подобными расчетами занимаются наши американские коллеги, которые солидарны с мнением Радия Ивановича о том, что астероиды являются главной опасностью, угрожающей планете. Эксперименты в этих сферах позволяют приблизиться к устранению этой опасности.
РФЯЦ-ВНИИЭФ и Академия наук уже строят планы на дальнейшие работы с экстремальными состояниями веществ. Главными направлениями совместных экспериментов будут изучение теплофизических свойств веществ при высоких динамических давлениях, эксперименты с динамической прочностью конструкционных материалов, а также развитие и совершенствование исследований и экспериментальной техники. По мнению Радия Ивановича, сейчас необходимо продолжать эксперименты с экстремальными состояниями веществ и продолжать совершенствовать ядерную технику. Ядерное оружие, считает докладчик, будет служить нашему государству еще не меньше ста лет, а значит мы действительно нуждаемся в дальнейших исследованиях и экспериментах и привлечении достижений физики для обеспечения нашей безопасности.
На заседании Президиума РАН также обсуждались следующие вопросы:
— академик Месяц Геннадий Андреевич прокомментировал Перечень программ фундаментальных исследований РАН по приоритетным направлениям, определяемым РАН, на 2017 год. Было отмечено, что в 2017 году членам академии необходимо будет составить проект исследований на 2018 и 2019 годы в связи с тем, что теперь следует делать трехлетнее планирование. Предполагается, что проект будет рассмотрен новым президиумом после выборов, намеченных на март 2017 года.
— обсуждались результаты работы Комиссии по Уфимскому научному центру РАН. 10 Институтов УНЦ выразили желание объединиться, три — Институт биохимии и генетики, Институт биологии РАН и Институт химии РАН пожелали объединиться в отдельный центр при УНЦ. Также в результате обсуждений предполагается создание при поликлинике УНЦ лаборатории для проведения научных работ.
— об утверждении председателя Экспертной комиссии по премии имени И.С. Шкловского, присуждаемой РАН (представление Отделения физических наук).
— о главном редакторе журнала «Дефектоскопия» РАН (представление Отделения физических наук)
— о согласовании кандидатуры главного редактора журнала «Письма в «”Журнал технической физики”» РАН (представление Отделения физических наук).
— о присуждении ученой степени доктора honoris causa иностранному ученому Альберто Карпинтери (представление Отделения энергетики, машиностроения, механики и процессов управления) Альберто Карпинтери — выдающийся итальянский ученый, профессор. Заведующий кафедрой «Механика деформируемого твердого тела и механика конструкций» Туринского политехнического университета с 1986 года по настоящее время.
— о присуждении премии имени А.А. Баландина, премии имени И.П. Бардина, премии имени С.В. Лебедева и премии имени П.А. Ребиндера 2016 года(представление Экспертной комиссии и бюро Отделения химии и наук о материалах).
— о продлении срока представления работ на конкурс о присуждении премии О.Ю. Шмидта (представление Отделения наук о Земле).
