Поиск - новости науки и техники

Астероиды на мушке. Саровские ученые спасут Землю от незваных гостей.

Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики отпраздновал в прошлом году свое семидесятилетие. История этого знаменитого научного учреждения началась в 1946 году, когда в Сарове было создано КБ-11, которое занималось разработкой первой советской атомной бомбы. В 1967 году КБ трансформировалось во всесоюзный НИИ, в 1992-м институт получил статус федерального центра. Оттачивая методы решения оружейных задач, ВНИИЭФ сформировал мощную лабораторно-экспериментальную, вычислительную и опытно-производственную базу. В составе центра появились крупные научно-исследовательские комплексы, не связанные непосредственно с ядерно-оружейной проблематикой, а занимающиеся лазерно-физическими и электрофизическими исследованиями, в которых также были получены выдающиеся научные и практические результаты.

В конце декабря прошлого года научный руководитель ядерного центра Радий Илькаев (на снимке) рассказал о деятельности института, представив членам Президиума академии доклад на тему “Имплозия. Экстремальные состояния вещества и процессы (по материалам совместных работ ВНИИЭФ и РАН)”. Чем же занимается институт в условиях, когда ядерные испытания в мире не проводятся нигде, кроме Северной Кореи? 
– Сотрудники нашего центра обеспечивают надежность и безопасность ядерного оружия без его испытаний. Необходимо гарантировать это в течение многих десятилетий, – начал рассказ Р.Илькаев. – Такую задачу физики раньше никогда не решали, но сегодня у нас есть вся необходимая техника, разрабатываются физические модели и программные комплексы, которые используются для супервычислений при моделировании работы ядерного оружия, и, главное, есть надежда, что мы с этой миссией справимся. 
Но это, конечно, не единственная задача ВНИИЭФ, спектр направлений работы весьма широк. Например, в институте активно развиваются исследования фундаментальной физики высоких плотностей энергии. 
Академик Илькаев рассказал коллегам о некоторых результатах таких исследований, проведенных в последнее время с использованием экспериментальных и вычислительных возможностей РФЯЦ-ВНИИЭФ.
– Физика высоких плотностей энергии – это новая физика, она возникла в 1940-1950-х годах и включает в себя газодинамику, лазерную физику, электрофизику, – объяснил он. – Результаты исследований в этих областях мы широко используем.
Физика высоких плотностей энергии лежит и в основе современного понимания эволюции Вселенной и ее астрофизических объектов под действием гравитационных сил и термоядерных процессов, протекающих в звездах. Проведенные в последние пять лет во ВНИИЭФ исследования сжимаемости дейтерия и гелия, выполненные на новой научно-технической базе – с использованием двухкаскадных устройств цилиндрической и сферической геометрии и одновременно с помощью специальных источников гамма-излучения, обеспечивающих многоракурсную и многокадровую регистрацию, – дали уникальные результаты.
Была создана технологическая база для изучения свойств газов и их смесей в области давлений и плотностей, недоступных пока для исследования другими методами. Удалось достигнуть состояний, близких к параметрам планет-гигантов Солнечной системы, – измерено сжатие дейтерия и гелия в области плотностей 4-8 г/см3 при давлениях 18-50 миллионов атмосфер. Рассмотрены перспективы исследования квазиизэнтропической сжимаемости дейтерия, гелия и их смесей…
– Прежде чем начинать эксперименты, мы проводим расчетное моделирование. И с каждым годом точность расчетов возрастает. Для получения достоверной информации нужны отличные приборы мирового уровня. Это заставляет нас совершенствовать всю измерительную базу нашего центра, – подчеркнул Р.Илькаев.
Сотрудники института смотрят в будущее. На подходе исследования квазиизэнтропической сжимаемости: дейтерия (главный элемент термоядерного горючего), гелия и их смесей в области давлений в 100-300 миллионов атмосфер, азота, аргона, криптона и ксенона, сжатых до 50 миллионов атмосфер!
По словам Радия Ивановича, ученым института всегда было интересно получать информацию по квазиизэнтропическому сжатию. 
– И мы научились это делать! – сказал он. 
В декабре 2016 года проведен новый эксперимент по изучению сжимаемости дейтерия. Достигнуты рекордные показатели сжатого дейтерия: давление 10 000 ГПа (100 МБар) и плотность 11 г/см3.
Проводится в центре и обширный комплекс работ по исследованию разрушения материалов. Эксперименты продемонстрировали хорошую перспективу применения источников импульсной мощности на основе взрывомагнитных генераторов частоты – они создают в конденсированных средах динамические нагрузки контролируемой амплитуды и длительности. Впервые получен значительный объем экспериментальной информации о процессах зарождения, развития, полного и частичного компактирования магистрального откола (угловые разрушения и откол – наиболее распространенные виды разрушения при импульсных нагрузках) исследуемого материала (в опытах – алюминий).
В РФЯЦ-ВНИИЭФ проводятся уникальные исследования по использованию лазерно-физических технологий при получении новых данных для уравнений состояния веществ. Эта тематика разрабатывается на уровне мегасайенс-проекта. Применение мощных лазеров позволит радикально продвинуться в область сверхвысоких сжатий и давлений. Результаты исследований будут иметь существенное значение для получения данных об уравнениях состояния веществ в диапазонах, важных для понимания условий радиационной имплозии, реализуемых в термоядерных взрывах.
Как объяснил Радий Иванович, лазерные установки позволяют получать экспериментальные данные “очень быстро и в большом количестве”. Первая составляющая нашей новой лазерной установки (одной из мощнейших в мире) войдет в строй в 2018 году, заверил он.
Выступление Радия Илькаева дополнил академик Александр Сергеев, директор Института прикладной физики РАН, который многие годы сотрудничает с РФЯЦ.
– Это будет лазер с самой большой энергией в одном лазерном луче, – сказал Александр Михайлович. – Всего на установке 192 канала лазерного излучения огромной мощности – 1 петаватт (10 в 15-й степени ватт).
Академик заметил, что мощность всей электроэнергии, производимой на Земле, составляет только около 10 тераватт, то есть один лазерный импульс дает мощность в 100 раз больше, чем у всех источников энергии на планете.
– У нас богатые планы на будущее, – отметил А.Сергеев. – Сегодня в нашем институте обсуждается создание совместно с РФЯЦ самого мощного в мире источника лазерного излучения мощностью 
1 эксаватт (10 в 18-й степени).
По словам А.Сергеева, очень важно также то, что центр поддерживает и целый сегмент отечественной промышленности, в том числе производство основных компонентов, из которых делаются лазеры. Это – и оптическое лазерное стекло, и нелинейные оптические кристаллы, компоненты электроники. РФЯЦ играет роль системообразующего центра, подчеркнул он.
Самый живой отклик в зале заседаний вызвала часть выступления, посвященная моделированию способов предотвращения астероидной угрозы.
– Это – масштабная проблема, связанная с судьбой цивилизации, – рассказал Р.Илькаев. – Наши исследования показали, что возможно с хорошей точностью просчитать действие огромного взрыва на астероид. При энергии около 500 джоулей на грамм происходит частичное разрушение объекта, при 3000 дж/гр – полное разрушение, то есть крупные осколки полностью отсутствует.
Во ВНИИЭФ предложен и реализован способ моделирования разрушающего воздействия превентивного ядерного взрыва на астероиды, основанный на принципах физического и геометрического подобия. С использованием принципа физического подобия на лазерных установках ИСКРА-5 и ЛУЧ проведена экспериментальная оценка критерия разрушения каменного астероида (хондрита) ядерным взрывом на его поверхности. Такое небесное тело диаметром 200 метров может быть раздроблено на безопасные осколки превентивным ядерным взрывом с энергией около 6 Мт. Таким образом, на основе результатов проведенных исследований возможно создание системы защиты Земли от угрозы столкновений с крупными астероидами.
Заместитель директора Института проблем химической физики член-корреспондент РАН Виктор Минцев, рассказав о направлениях совместных с ядерным центром работ в области исследований свойств веществ в экстремальных условиях, напомнил слова академика Харитона: “Мы должны знать в десять раз больше того, что нужно непосредственно для изделия”.
– Мы очень заинтересованы в том, чтобы сотрудничество с Академией наук было более тесным, чем сейчас, – сказал Радий Иванович в заключение. – Российская наука может очень многое, но не хватает одного: чтобы мы были все вместе и очень дружно работали. Я приглашаю специалистов РАН чаще приезжать в наш ядерный центр.
Андрей СУББОТИН
Фото с сайта http://www.vniief.ru

Нет комментариев