Газета 'Промышленные ведомости'
Главная Подшивка Подписка Редакция Партнерство Форум
«ПВ» 9, ноябрь, декабрь 2013  -  cодержание номера 

Последний великий проект
академика Виталия Гинзбурга

Виталий  Лазаревич Гинзбург был одним из великих людей, оставивший необыкновенно яркий след в истории отечественной и мировой науки. Плоды его деятельности не только продолжают жить, но и трансформируются во все новые и новые направления, уже независимо от своего создателя. Об одном из таких проектов -  лаборатории высокотемпературной сверхпроводимости, его истории и перспективах рассказал заведующий Отделом высокотемпературной сверхпроводимости и сверхпроводниковых наноструктур ФИАН Владимир Пудалов.
 
Одним из последних научных проектов Виталия Лазаревича Гинзбурга, или как мы его называли – ВЛ, было резкое расширение научных исследований, направленных на создание комнатно-температурных сверхпроводников. Будучи человеком весьма энергичным, ВЛ развил довольно таки масштабную кампанию для реализации этой своей мечты, и одним из важных ее этапов должно было стать создание Лаборатории высокотемпературной сверхпроводимости (ЛВС).
 
Задачи стояли немалые: для того, чтобы реализовать столь масштабный проект, одного желания было мало, необходимо было добиться государственной поддержки и получить бюджетные деньги на создание лаборатории. Гигантским задачам требовались немалые затраты – это и приобретение дорогостоящих установок и технологий, и организация специально оборудованных высокотехнологичных помещений…
 
В феврале 2006 года ВЛ написал письмо В.В. Путину, в то время занимавшему пост президента РФ. Письмо ВЛ писал сам, очень энергично, практически игнорируя любые предложения смягчения стиля. Его главные аргументы были просты: в России есть область науки, которую следует поддержать – это высокотемпературная сверхпроводимость. Во-первых, потому, что в отличие от ряда других областей затраты на нее отнюдь не грандиозны, а потенциальная отдача велика, а, во-вторых, в России сохранился квалифицированный научный потенциал и традиции.
 
 «Достаточно, быть может, сказать, – писал ВЛ, – что советские и российские физики получили всего 6 Нобелевских премий. И три из них (Л.Д. Ландау, П.Л. Капица и мы с А.А. Абрикосовым) получены за работы в области низких температур, в которой сверхпроводимость -  это главное и, если угодно, центральное явление».
 
К письму прилагалось обоснование научно-практической деятельности будущей Лаборатории, оценка предполагаемого масштаба затрат.
 
После отправки письма наступило долгое молчание. Официального ответа не поступало, хотя косвенными путями нам было известно, что руководство страны этим вопросом заинтересовалось, и наш проект проходит многочисленные экспертизы и консультации. ВЛ заметно нервничал, но мы продолжали ждать. Спустя 2 года, к весне 2008 г.,  нам стало известно, что вопрос об инвестиционном проекте по созданию ЛВС дошел до самого верха исполнительной власти. Здесь следует отметить, что в дальнейшем продвижении этого проекта «снизу» принял деятельное участие академик Г.А. Месяц, ставший к тому времени директором ФИАН.
 
Первое, с чего начал Геннадий Андреевич, – это поиск места для будущей лаборатории. Самым лучшим «кандидатом» стал корпус № 10 ФИАН, в то время находившийся в аренде у Института ядерных исследований. В один из дней мы отправились на «экскурсию» – осматривать место будущей лаборатории. Представшее нашим глазам зрелище просто шокировало нас: все помещения корпуса заброшены, в подвале, где стояло дорогостоящее и ни разу никем не использованное ядерно-физическое оборудование, воды по пояс, обвалившаяся штукатурка и пробивающиеся из стен ростки деревьев…  К этому стоит добавить и отсутствие перекрытий между этажами: в корпусе стояло несколько ускорителей высотой по 15-20 метров, которые требовали помещений большой высоты.
 
Наверное, если бы не энтузиазм ВЛ и деятельная энергия Г.А. Месяца, на этом этапе проект так бы и погиб. Геннадий Андреевич как-то очень быстро решил вопрос о возвращении здания ФИАНу. Потом была эпопея с освидетельствованием корпуса на радиационную безопасность, поскольку никто не знал, что там делалось, и время от времени кое-какие «подарочки» обнаруживались…  В конце концов, корпус очистили и специалисты написали заключение, что там все в порядке.
 
А после этого началась не менее важная работа – предварительная оценка стоимости объекта. Эти оценки носили сильно приближенный характер, исходя их тех «правил игры», которые существовали на тот момент. А правила были такие, что если сумма превышала  600 млн. рублей, для утверждения проекта надо было выходить на правительство, согласовывать проект с Минфином, Минэкономразвития… Это было для нас невозможно. Поэтому мы написали сумму ниже «критической»,  план был утвержден, и с этой стоимостью проект стартовал. Следом начались работы по созданию настоящего проекта, различные экспертизы, согласования, утверждение проекта и, наконец, пошли первые деньги на строительство.
 
Здесь следует сделать одно отступление, связанное не столько с воспоминаниями о приключениях по продвижению проекта, сколько с последними событиями вокруг реформы РАН и, в частности, появлением в связи с этим печально известного фильма. Прозвучавшие в нем обвинения в воровстве денег при строительстве лаборатории оскорбляют не только ФИАН и меня, возглавившего этот проект после ухода из жизни ВЛ. Они оскорбляют память самого Виталия Лазаревича, бывшего душой этого проекта.
 
В чем состоит клевета? Дело в том, что проект реконструкции корпуса № 10 и дальнейшего создания ЛВС является объектом федеральной  адресной целевой инвестиционной программы, и, следовательно, постоянно контролируется со стороны государства. Деньги на строительство поступают небольшими частями, что является проблемой. В результате финансирование растянуто вплоть до 2018 г. и быстрее, чем нам поступают ассигнования, строительство произвести не удастся – какая сумма поступила, такой объем работ и выполняется. Кстати говоря, стоимость реконструкции составляет всего 942 364 тыс. рублей, из которых на сегодняшний день, с начала строительства в 2009 г., поступило 305 473 тыс. рублей.
 
И откуда же взялись  2,3 миллиарда рублей, в воровстве которых создатели фильма «Диагностика РАН» обвиняют ФИАН? Правда в проекте создания лаборатории предполагалось приобретение оборудование на 1 млрд. рублей, но это будет уже только после реконструкции корпуса. Сейчас его просто размещать негде. Но, как бы то ни было, строительство идет, идет в том объеме, на какой есть финансирование.
 
Со времени ухода ВЛ, которому, к сожалению, не удалось увидеть свой проект реализованным, вырос и сам проект. В корпусе № 10 ФИАН будет размещаться Лаборатория высокотемпературной сверхпроводимости, фактически представляющая собой Центр высокотехнологичных исследований по высокотемпературной сверхпроводимости и наноструктур. Там будет проводиться весь цикл научных исследований, начиная от синтеза новых материалов и до их аналитических и физический исследований.
 
Получение новых материалов будет проводиться как традиционными методами «химической кухни», когда разные соединения-прекурсоры получают в виде порошков, прессуют, помещают в печь, и при высокой температуре проводится реакция синтеза желаемых соединений, так и путем напыления тонких пленок. Наконец, в лаборатории будет реализована давняя мечта Гинзбурга – конструирование новых материалов путем атомно-послойной укладки атомов в том порядке, в котором мы желаем, и тех атомов, которые будут нужны.
 
Помимо специализированных установок, на первом этаже корпуса будут размещаться чистые помещения – гермозоны с контролируемой чистотой воздуха. Эти помещения предназначены для размещения комплекса литографических установок по изготовлению сверхпроводниковых наноструктур. Там будет участок обычной оптической литографии, участок электронно-лучевой литографии и, наконец, участок трехмерной литографии фокусированным ионным пучком, которым можно создавать трехмерные наноструктуры.
Такого комплекса в России пока нигде нет. Как нет также и перечисленных высокотехнологичных методов создания новых материалов.
 
Часть установок у нас уже работает пока в старых помещениях, хотя там нет таких беспылевых условий, какие будут в новом корпусе.  На стадии планирования были измерены уровни вибрации и уровни электромагнитных помех, рассчитаны поля рассеяния. Определено, где какие установки будут стоять, чтобы они не мешали друг другу, и чтобы создать единый технологический цикл: получение материалов – их анализ – физические исследования. Некоторые установки будут стоять на специальных бетонных фундаментах, которые уже отлиты. На втором этаже будет расположена сложная система подготовки воздуха с требуемой чистотой, влажностью, температурой для питания гермозон и других лабораторных помещений.
 
Такой лаборатории, такого замкнутого физико-химико-технологического центра, ориентированного на полный цикл от создания до полномасштабных исследований наноструктур и сверхпроводников, нет, пожалуй, не только в России, но и в мире. Конечно, отдельные аналоги есть – в США, в Германии. Но там исследовательские центры включают в себя лишь некоторую часть из перечисленного выше цикла исследований, а такого как планируется у нас в полном объеме – нет.
 
Конечно, от такого масштабного центра ожидаются и не менее масштабные результаты. Во-первых, это появление новых знаний о сверхпроводниках и наноструктурах, создание новых сверхпроводниковых материалов. Ожидается также приток ученых-специалистов в данных областях. Последнее – не фантазии, а утверждение, основанное на общении как с иностранными, так и с российскими учеными, работающими в настоящее время за рубежом. Проект ЛВС у всех вызывает неподдельный интерес и живое участие уже сейчас, на этапе строительства. Не так важно иметь ведущего специалиста в постоянном штате, как важно предоставить ему временную возможность проведения конкретных экспериментов в ЛВС. На бюрократическом языке это называется «мобильность кадров».
 
Во-вторых, функционирование такой лаборатории даст несомненный толчок развитию новых методов и приборов, основанных на сверхпроводниках и наноструктурах. Где это найдет применение? Прежде всего, в медицине (томографы), фармацевтике, биохимии (ЯМР-спектрометры высокого разрешения), науке о жизни, энергетике. Рано или поздно, но нам придется задуматься не о том, как создавать новые источники энергии, а как экономить имеющиеся. И здесь у сверхпроводников огромные перспективы.
 
Повышение передаваемой мощности с использованием силовых кабелей из традиционных материалов (медь, алюминий) решается сегодня, в основном, за счет увеличения электрического напряжения. Максимально достигнутые значения электрического напряжения составляют 500 – 800 кВ,  что ограничивает передаваемую мощность на уровне 0,5 – 1,5 ГВт. При этом требуются особые условия прокладки линий, особенно в городской среде, возникает ряд экологических проблем: блуждающие токи, разогрев почвы, электромагнитные излучения и засорение почвы маслами вблизи подстанций и в местах повреждения кабеля.
 
Резко увеличить мощность распределительных сетей без изменения напряжения в них можно путем замены традиционных силовых кабелей сверхпроводящими. Например, во ВНИИ  кабельной промышленности создали отрезок токонесущего кабеля длиной 220 м, который прошел успешно испытания. Технически возможно проложить сверхпроводящий кабель из России, например, в Японию по дну океана, чтобы торговать не нефтью и газом, а более технологичным продуктом с высокой добавленной стоимостью – электроэнергией.   
 
Появление высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) создало принципиально новые возможности для практического использования этого явления, например, при использовании солнечной энергии. Огромным потенциалом, причем в масштабах всей планеты, в этом плане обладает пустыня Сахара. Предположим, мы выделяем участок в 1% ее территории, размещаем на этом участке солнечные батареи, и при их КПД в 20% получаем количество энергии, которым можно обеспечить потребности всей Европы!
 
Конечно, необходимы кабели, чтобы эту энергию передать. С этой задачей могут справиться только сверхпроводящие кабели, других просто нет. И надо, чтобы эти кабели были технологичны и не слишком дороги. Существующие современные сверхпроводники в принципе позволяют создавать линии передачи электроэнергии, но пока уж очень они дороги и требуют для своей работы сложные системы охлаждения. Это неудобство, да и дороговизна, ограничивают пока продвижение таких проектов. Если же будут созданы сверхпроводники, которые эффективно работают при комнатной температуре, или, по крайней мере, при температурах выше температуры жидкого азота, то тогда такие проекты станут вполне реальны и рентабельны.
 
Сравнительно недавно нами был получен ряд высокотемпературных сверхпроводников на основе железа, которые работают при температурах, близких к температуре жидкого азота. В отличие от широко известных купратных сверхпроводников (сверхроводники, содержащие двуокись меди), эти материалы имеют огромные, практически рекордные значения критических магнитных полей, что ставит их на первое место для техники и технологии сильных магнитных полей. Более того, эти в отличие от купратных ВТСП материалы имеют изотропные свойства, что позволяет изготавливать из них сверхпроводящие провода круглого сечения.  
 
Ранее мы с нашими коллегами из Института физики высоких давлений РАН уже изготовили и исследовали короткие лабораторные образцы таких проводов. В настоящее время мы совместно с коллегами из Института неорганических материалов, пытаемся получить уже не лабораторные, а длинномерные образцы сверхпроводящих проводов. И это только начало.
 
Задача, когда-то поставленная ВЛ – создание комнатно-температурных сврехпроводников – это долговременная задача. Для ее решения надо большую дорогу пройти. И то, что мы научились делать «железные» сверхпроводники – первый шаг на этом пути. Даже этот первый шаг открывает колоссальные перспективы. В частности, это создание сверхмощных (40-100 Тл и выше) постоянных магнитов, обладающих лабораторными размерами, внедрение энергоэффективных технологий, развитие генной инженерии и науки о жизни…
 
Все дальше продвигаясь в обозначенном когда-то В.Л. Гинзбургом направлении, я получаю все большее удовольствие от исследования высокотемпературной сверхпроводимости, и все больше и больше убеждаюсь в невероятной проницательности его как ученого. Наверное, это и есть признак настоящей гениальности… 
 
«ФИАН-информ»
наука, физика, высокотемпературные сверхпроводники

Другие статьи номера «ПВ» 9, ноябрь, декабрь 2013

Главная Подшивка Подписка Редакция Партнерство Форум
  © Промышленные ведомости  
Rambler's Top100