Объединенный институт высоких температур РАН

0 комментариев 5590

Исследования неидеальной плазмы

Исследования неидеальной плазмы
Игорь Львович Иосилевский, в.н.с. Объединенного Института высоких температур РАН, рассказал о т.н. неидеальной плазме, сфера применения которой простирается от термоядерных реакторов и ядерных ракетных двигателей до криогенных кулоновских систем, от недр

Часто бытует мнение, что неидеальная плазма — это довольно узкий раздел физики. Но в действительности это не так, и за примерно сто лет со времени первых работ по теории электролитов — можно сказать, колыбели неидеальной плазмы — сферы применения неидеальной плазмы взрывоподобно расширились: от термоядерных реакторов и ядерных ракетных двигателей до криогенных кулоновских систем, от недр звезд и планет до производства бытовых приборов. Поэтому важно донести до общественности — что же прозвучало на Сессии этого года? Мы попросили рассказать об этом заместителя председателя Сессии, ведущего научного сотрудника Объединенного Института высоких температур РАН д.ф.-м.н. И.Л. Иосилевского.

— Игорь Львович, не то, что «неидеальная плазма», а и сам термин «плазма» далеко не всем понятен.

— Плазма — это ионизованный газ, большое число заряженных частиц в состоянии коллективной динамики. Кстати, плазму видел и видит каждый — это, например, северное сияние: верхние слои атмосферы бомбардируются заряженными частицами из околоземного космического пространства. Это и  грозовая молния или даже обычный огонь — все это примеры низкотемпературной плазмы. А низкотемпературную плазму с высокой плотностью, столь сжатую, что влияние кулоновского взаимодействия начинает существенно сказываться на макроскопических свойствах такой плазмы — называют «неидеальной». Она возникает, в частности, при высокоэнергетичных воздействиях на вещество ударных или детонационных волн, пучков электронов и ионов, мощных лазеров. В состоянии неидеальной плазмы, между прочим,  находится порядка 95% материи во Вселенной: это сверхплотное вещество всех звезд и планет-гигантов Солнечной системы, но это и разреженная «пылевая плазма» межзвездного пространства и т.д.

Плазма не только радует нас на небе, но и верой и правдой служит нам на земле: ею можно максимально экологично сжигать городские отходы и очищать воду, и даже лечить раны. На концепции плазмы построена работа мощных взрывомагнитных и МГД-генераторов, плазмотронов и источников мощного оптического и рентгеновского излучения. Одним из важных источников мотивации для исследований свойств неидеальной плазмы послужили в свое время активные разработки перспективного энергоустройства — т. наз. газофазного ядерного реактора, предназначенного, в частности, на роль маршевого ракетного двигателя для пилотируемого полета на Марс и другие планеты. Большинство рабочих сред в этом сверх-экзотическом реакторе с необходимостью находились в состоянии той-самой сильнонеидеальной плазмы. Эти разработки, которыми руководил замечательный ученый — Виталий Михайлович Иевлев, совпали по времени с моими самыми первыми шагами тогда еще студента МФТИ в увлекательном мире неидеальной плазмы и определили на всю жизнь и для меня и для многих моих коллег пристрастие к этой теме.

— И каков же круг обсуждавшихся на Сессии вопросов?

— Множество природных явлений объединено главным общим свойством: дальнодействующее кулоновское взаимодействие приводит к многим специфическим эффектам, подталкивая систему к проявлению разного рода коллективных эффектов. Все это активно исследуется вот уже почти сто лет, и особенно активно в последние десятилетия. Коротко об этом не расскажешь, выделю лишь несколько тем. Физика неидеальной плазмы нужна, например, для изучения процессов, происходящих в недрах практически всех астрофизических объектов. В частности, исследование недр планет-гигантов и так называемых внесолнечных планет (а их сейчас открыто уже почти полторы тысячи) — что это такое и как там все устроено — все это упирается в проблему неидеальной плазмы. Когда же речь заходит о компактных звездах, т.е. нейтронных и кварковых звезд и  т. наз. белых карликах — неидеальная плазма в их изучении также является одним из центральных объектов. В последние десятилетия активно обсуждается т. наз. “пылевая” плазма — мезоскопическая система макро- и микрозарядов со своим кругом специфических проблем — живущая как в земных, так и в космических приложениях. Этой теме на Сессии традиционно посвящается целый блок докладов. Физика фазовых переходов в кулоновских системах — еще одна «вечно зеленая» тема наших обсуждений. Не стала исключением и прошедшая Сессия. Конечно, активно обсуждалась и неидеальная плазма, создаваемая всеми доступными нам сегодня современными методами генерации. Все более многочисленной становится группа докладов посвященных физике процессов, происходящих в веществе, подвергнутом воздействию мощного фемтосекундного лазерного излучения. Относительно новый объект — двухтемпературная неидеальная плазма продуктов разлета такого вещества — становится у нас на Сессии постоянным объектом обсуждения.

— Намечаются ли какие-либо тенденции в исследованиях?

— Тенденцией последнего времени является появление мощных источников воздействия на конденсированное вещество. Это резко увеличило наши возможности генерации различных реализаций неидеальной плазмы экстремальных параметров и получения богатого набора явлений. Такими в частности являются мощные фемтосекундные лазеры и пучки тяжелых ионов, которыми мы сегодня можем поверхностно и объемно нагревать конденсированное вещество и изучать различные плазменные эффекты. Это — специфическая физика, не говоря уже о мощных взрывах, традиционно используемых для генерации неидеальной плазмы. Наши коллеги из Сарова рассказали на Сессии, как они сумели во взрывном генераторе сжать вещество в несколько сотен раз и дожать его до 30-50 мегабар и десятков тысяч градусов Кельвина. Это фактически астрофизическая плазма, но созданная в земных лабораторных условиях.

Другая мощная общемировая тенденция, конечно отразившаяся на Сессии: это быстрый прогресс вычислительной техники, позволяющий проводить все более сложное и все более изощренное т. наз. «прямое» численное моделирование сложных физических процессов в неидеальной плазме (метод квантовой молекулярной динамики и квантового Монте-Карло и др.) Все это даже вызвало к жизни своеобразный термин «численный эксперимент». На мой взгляд отечественные работы в этой области находятся на очень хорошем уровне, и это еще раз проявилось на Сессии. Мы получили возможность рассматривать объекты, которые сорок лет назад мы могли только обсуждать только как «качественную картину».

Тематика сообщений на Сессии достаточно широка. В этом году, как и в прошлые годы, был целый блок сообщений о процессах  в экзотических неидеальных системах — в сверхплотной ядерной материи и в кварк-глюонной плазме, включая т. наз. кварк-адронный фазовый переход. На другом краю спектра обсуждение свойств ультрахолодной плазмы и т. наз. ридберговской материи. У нас на каждой Сессии желающих рассказать об этом становится все больше.

Один из важных источников мотивации физики неидеальной плазмы сегодня — это развитие высокоэнергетичных экспериментальных устройств, суперколлайдеров. У всех на слуху коллайдер в ЦЕРНе, есть уже действующий коллайдер RHIC в Брукхейвене, строятся мощные ускорители в Дармштадте и у нас в ОИЯИ в Дубне. Объявлены планы создания ускорителей в Китае и Японии. Это не только веяние времени, но и новый круг проблем, перекликающихся с традиционными проблемами неидеальных кулоновских систем.

Словом, прошедшая Сессия еще раз подтвердила тенденцию всех последних лет — бурный прогресс вычислительной техники и тесно связанное с этим нарастание возможностей сложных и сверхсложных расчетов. А с другой — и явный прогресс в новых возможностях генерации неидеальной плазмы. Я думаю, что общее впечатление всех участников Сессии — вдохновляющее.

— Почему ваше мероприятие называется не «конференция», а «научно-координационное совещание»?

— По нашей тематике есть две специальные международные конференции: одна называется «Физика неидеальной плазмы», а вторая — «Strongly Coupled Columb Systems», т.е. «Сильно неидеальные кулоновские системы». Они идут попеременно через три года. Российские физики в них непременно активно участвуют. Есть и еще ряд международных конференций, существенно перекрывающие тематику неидеальной плазмы. И в нашей стране также есть несколько конференций по данной тематике — все вместе они составляют как бы своеобразный конвейер. Но это именно конференции с их Орг- и Программными комитетами, Секретариатами, взносами, проблемами размещения и питания гостей и т.д. Наша же Сессия потому и называется научно-координационной, что мы стараемся ее поддерживать как предельно неформальную деловую координационную встречу, напряженную и, надо сказать, крайне тяжелую для участников — за два дня в режиме non-stop прослушивается почти 50 коротких сообщений строго по 15 минут на каждый с перерывом только на обед и практически без кофе-брейков. Каждый из докладчиков коротко рассказывает — куда он продвинулся за прошедший год и куда он собирается двигаться дальше. В конце Сессии обязательно два часа «Хроники». Участники рассказывают: кто на какой конференции по нашей тематике был, что важного услышал, что намечается в следующем году и какие тенденции в физике неидеальной плазмы заслуживают всеобщего внимания. Конечно же, и наш Председатель, В.Е. Фортов рассказывает коллегам по цеху, что важного происходит в мире, на его взгляд, и особенно, что происходит, и чего ждать в сегодняшнем таком болезненном процессе реформирования академической науки. Такой уже многолетний формат Сессии, несмотря на ее плотный график, тем не менее, дает возможность пообщаться, узнать новое и завязать контакты.

Наша Сессия имеет свою страницу в интернете — тут мы помещаем в качестве архивов материалы всех презентаций, мы настаиваем, чтобы они обязательно были выложены для свободного доступа, так чтобы каждый, запомнив во время заседаний что-то для него важное, смог потом не торопясь детально изучить на сайте материал заинтересовавшего его доклада. Можно также посмотреть и материалы Сессий прошлых лет. Мы приглашаем посетить этот сайт всех, кому это интересно.

— А кто же участники Сессии?

— Основное ядро участников у нас сложилось довольно давно: это Институт Высоких Температур РАН, Институты Проблем Химической Физики и Теоретической Физики РАН из Черноголовки, это конечно ВУЗы — МФТИ, МЭИ и МГУ. Это наши коллеги из ядерных центров Сарова и Снежинска, из институтов Троицка и др. Традиционно к нам приезжают коллеги из Германии — там еще со времен ГДР неидеальная плазма активно изучается. Как правило к нам приезжают коллеги участники из Украины, но в этом году из-за напряженной обстановки приехать на Сессию, к сожалению, у них не получилось. Также традиционно в работе Сессии участвуют наши коллеги из Казахстана, где, кстати, в следующем году будет проходить Международная Конференция по физике неидеальной плазмы (PNP-2015). Предполагалось участие коллег из Китая — увы, в этом году у них приезд сорвался из-за технических оргпроблем, но в следующие годы мы ожидаем их все более и более активное участие.

Наша Сессия ежегодная и как курьерский поезд проводится каждый год в одно и то же время — в начале декабря — уже скоро полвека, с 1968 года! Организаторами самой первой Сессии были наши учителя, члены-корреспонденты РАН В.М. Иевлев и Л.М. Биберман. Вот уже более 20 последних лет бессменным председателем Сессии является президент РАН, академик Владимир Евгеньевич Фортов, специализирующийся, как известно, на физике взрыва и мощных ударных волн, на физике плотной плазмы и  экстремального состояния вещества с высокой концентрацией энергии, автор целой серии книг, посвященных экстремальным состояниям вещества в земных и космических приложениях. 

Подводя итог, я выражу свое мнение, что прошедшая Сессия была хоть и напряженной, но очень плодотворной и, на мой взгляд, среди прочего показала, что исследования неидеальной плазмы в нашей стране находятся на вполне достойном уровне.

Беседовал Сергей Шаракшанэ

игорь иосилевский неидеальная плазма объединенный институт высоких температур ран

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий

Информация предоставлена Информационным агентством "Научная Россия". Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.