Новосибирский лазер на свободных электронах позволяет исследовать терагерцевый диапазон

Специалисты из Института ядерной физики СО РАН совместно с коллегами из НГУ, НГТУ, СГАУ и Института проблем обработки изображений РАН впервые экспериментально получили т.н. бездифракционные закрученные береселевы пучки в терагерцевом диапазоне и использовали их для создания поверхностных электромагнитных волн. Это открытие может найти практическое применение в области оптики и новейших информационных технологий. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Говоря проще, терагерцевое излучение — это волны, находящиеся в промежутке между видимым светом и радиоволнами (частотой от 1012 до 1013 Гц). До недавнего времени в мире практически не было источников этого излучения, по этой причине оно малоисследованно.

Для своего проекта ученые использовали возможности самого мощного в мире излучателя в тетрагерцевом диапазоне — Новосибирского лазера на свободных электронах (НЛСЭ). По словам ведущего автора исследования, физика Бориса Князева, его появление имеет большое научное значение, ведь эта установка обладает уникальной технической возможностью калибровать испускаемые волны в широком диапазоне.

В ходе масштабного эксперимента исследовательской группе удалось решить сразу несколько научных задач. На начальном этапе ученые получили бездифракционные закрученные фотонные лучи в указанном диапазоне. Дело в том, что, кроме своей направленности, частицы света еще и вращаются. Этот параметр определяется как закрученность волн. Полученный поток фотонов имел очень высокие характеристики по этому показателю. Это делает возможным его применение, в частности, для закручивания определенных частиц в нанотехнологиях. Кроме того, полученные пучки света с разным топологическим зарядом могут использоваться для создания многоканальной линии связи.

На следующем шаге эксперимента исследователи получили поверхностные электромагнитные колебания (плазмон-поляритоны) — направленное излучение, появляющееся на границе двух сред и распределяющееся вдоль этой границы. Их получают при помощи комбинации колебаний электронов внутри металлов и возникающей при этом электромагнитной волны. Такие волны могут быть использованы в перспективе для создания биочипов, а также изучения поведения молекул в других приложениях.

Ученые установили, что при облучении такими волнами куска металла плазмоны появляются только на одной стороне образца. При переключении вращения света, стороны менялись местами. В настоящее время ученые разбираются в детальных причинах такого эффекта.

Ученые не исключают цунами на Байкале

19 окт 2015 - 15:59

Сибирские ученые готовы составить карту цунами-районирования России. По словам заведующего лабораторией Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН Вячеслава Гусякова, карта будет включать дальневосточное побережье, побережья Каспийского и Черного, Северного и Балтийского морей. Ученые считают, что с точки зрения цунами небезопасны даже озера (Байкал и Ладога) и реки.

Для прогнозирования цунами ученые используют метод математического моделирования, который позволяет значительно увеличить точность прогнозов высоты волн. По мнению Вячеслава Гусакова, если полагаться только на исторические наблюдения, ошибки неизбежны.

Ученый обратил внимание на то, что даже небольшие цунами могут привести к неприятным последствиям. В качестве примера исследователь привел случай возникновения цунами в Одессе 27 июня 2014 года. Тогда цунами высотой меньше метра привело к панике и пострадавшим.

В России началась разработка ракетных двигателей нового поколения

19 окт 2015 - 15:57

Объединенная двигателестроительная корпорация (ОДК) намерена в ближайшее время начать создание новых авиационных и ракетных двигателей, в которых будут использоваться детонационные технологии.

Демонстраторы технологий детонационных дозвукового и сверхзвукового двигателей уже созданы. На испытаниях они показали на 30–50% лучшие удельные тягу и расход топлива по сравнению с обычными силовыми установками, сообщило РИА «Новости» со ссылкой на данные корпорации.

В проекте по созданию детонационных двигателей будет участвовать Опытно-конструкторское бюро им. Люльки. Бюро предложило разработать семейство таких силовых установок, которые можно было бы использовать на беспилотных летательных аппаратах, крылатых ракетах, воздушно-космических самолетах и ракетах.

Детонационные двигатели отличаются:

– горением топливной смеси, сопровождающимся прохождением по ней ударной волны, которая формируется за счет сверхзвукового распространения по топливной смеси фронта горения;

– широким диапазоном скоростей – от дозвуковых до гиперзвуковых, что может помочь при создании гиперзвуковых ракет, проектирование которых активно ведется в России в последние годы.

В 2013 году Опытно-конструкторское бюро им. Люльки испытало опытный уменьшенный образец пульсирующего резонаторного детонационного двигателя с двухстадийным сжиганием керосиновоздушной смеси. Во время испытаний средняя измеренная тяга силовой установки составила около ста килограммов, а длительность непрерывной работы – более десяти минут. В ходе экспериментов производилось многократное включение и выключение нового двигателя, а также регулирование тяги.

По оценке конструкторского бюро, детонационные двигатели позволят увеличить тяговооруженность самолетов в 1,5–2 раза. Работы по созданию пульсирующих детонационных двигателей ведутся в России с 2011 года.

Помимо России в мире сразу несколько компаний занимаются разработкой детонационных двигателей: французская компания SNECMA и американские General Electric и Pratt & Whitney.

В бюджетные учреждения преобразованы 5 научных ФГУПов в сфере геологии

19 окт 2015 - 15:53

Правительство России изменило статус пяти научно-исследовательских учреждений в сфере геологии, включив их в перечень стратегических и преобразовав из федеральных государственных унитарных предприятий (ФГУПов) в бюджетные учреждения, соответствующие распоряжения опубликованы на сайте кабмина.
Среди преобразованных предприятий ФГУП "Западно-Сибирский научно-исследовательский институт геологии и геофизики", ФГУП "Всероссийский научно-исследовательский геологический институт имени А.П.Карпинского", ФГУП "Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового океана имени академика И.С.Грамберга", ФГУП "Научно-производственное предприятие "Российский федеральный геологический фонд" и ФГУП "Всероссийский научно-исследовательский геологический нефтяной институт".
Эти учреждения включены в перечень стратегических организаций, которые реализуют единую государственную политику в соответствующих отраслях экономики.
"Подписанными распоряжениями эти предприятия преобразованы в федеральные государственные бюджетные учреждения с сохранением кадрового, научно-методического потенциала и ведомственной принадлежности для выполнения государственных задач по геологическому изучению и управлению фондом недр", — говорится в пояснительной записке.

 

Физики из МГУ создали прибор, который позволит скачивать тысячи фильмов в секунду

19 окт 2015 - 15:49

Российские физики из Московского государственного университета разработали фотонный переключатель, работающий на кремниевых наноструктурах. В будущем это устройство может использоваться при создании суперкомпьютеров, передающих информацию с огромной скоростью — такой, которая позволит скачивать тысячи фильмов за одну секунду. Соответствующая статья была опубликована в журнале Nano Letters.

Данная разработка относится к сфере фотоники. Основная задача этой дисциплины — та же, что и у электроники, то есть создание приборов и устройств для приема, передачи, обработки и хранения информации. Отличается фотоника от электроники тем, что вместо электронов использует кванты света — фотоны. Главное их преимущество в том, что они практически не взаимодействуют друг с другом и со средой, в которой распространяются, и потому более предпочтительны для передачи информации.

Созданное российскими физиками устройство представляет собой диск, диаметр которого не превышает 250 нм. Ученые называют его фотонным переключателем — на диск отправляются два лазерных импульса, которые благодаря наличию у кремниевых наночастиц магнитных резонансов взаимодействуют друг с другом. Если импульсы приходят одновременно, то один из них вступает во взаимодействие со вторым и гасит его за счет эффекта двухфотонного поглощения. Если импульсы разделены короткой паузой длительностью 100 фемтосекунд — 1 фемтосекунда равна одной миллионной от одной миллиардной части секунды, — то взаимодействие не происходит, и второй импульс проходит через наноструктуру, не изменяясь.

Ведущий автор исследования Максим Щербаков комментирует: «Нам удалось разработать структуру, в которой также сведена на нет роль свободных носителей. Свободные носители — то есть электроны и дырки — в устройствах интегральной фотоники традиционно накладывают серьезные ограничения на скорости преобразования сигналов. Наша работа представляет собой важный шаг для развития активных устройств фотоники — логических элементов, транзисторов. Особенности технологии, примененной нами в нашей разработке, позволят уже сейчас использовать ее в схемах кремниевой интегральной фотоники».

Устройство позволит создать устройства передачи и обработки информации, работающие с огромной скоростью — такой, которая позволит скачивать тысячи художественных фильмов за одну секунду.

В Краснодаре изобретателя Лопатина освободили от наказания

Изобретатель инновационных солнечных батарей Дмитрий Лопатин, проходивший по громкому делу, освобожден от назначенного наказания решением Краснодарского краевого суда по кассационному представлению прокурора Кубани. Об этом сообщает официальный сайт краевой прокуратуры.

Напомним, в столице южного края попытались отправить в тюрьму сроком на11 лет молодого ученого за совершенно неочевидное, по мнению экспертов, правонарушение. Первой об этом деле рассказала "Российская газета". Публикация под заголовком "Изобретение строгого режима" (Кубанскому "кулибину" влепили в суде срок за инновационную разработку, ставшую сенсацией на выставке в Париже) вызвала эффект разорвавшейся бомбы. После чего об этом деле рассказали практически все российские федеральные и местные СМИ.

26-летний выпускник Кубанского госуниверситета, финалист Зворыкинской премии, ставший лауреатом премии "Энергия Молодости 2012" фонда "Глобальная энергия", который считается российским аналогом Нобелевской премии, заказал по почте растворитель из Китая. О том, что это вещество является еще и психотропным, он даже и не догадывался: гамма-бутиролактон был нужен для изобретения гибкой солнечной батареи абсолютно нового типа. Но, когда ученый забирал на таможне посылку, на его руках защелкнулись наручники.

В июне этого года приговором Прикубанского районного суда Краснодара Лопатин осужден по части 3 статьи 30, части 2 статьи 228 УК РФ (покушение на незаконное приобретение без цели сбыта психотропных веществ в крупном размере) к трем годам лишения свободы условно с испытательным сроком два года.

Хотя, как считают юристы, если у обвиняемого не было умысла на контрабанду, откуда взялся умысел на приобретение? Тем не менее, прокуратура была недовольна столь "мягким", по их мнению, приговором и требовала 11 лет "строгача". Однако под давлением СМИ это недовольство сошло на нет. И вот теперь стало известно, что "за заслуги перед отечественной наукой" Дмитрий освобожден и от условного наказания.
- В ходе изучения уголовного дела прокуратурой края установлено, что за достижения в научной деятельности Лопатин признан победителем программы "У.М.Н.И.К" в 2010 году, является победителем губернаторской программы IQ года за 2011 и 2013 года, соавтором проекта-победителя Зворыкинской премии 2011 года, лауреатом премии "Энергия молодости 2012", финалистом Зворыкинской премии 2013 года, победителем конкурсов "Энергетика будущего" за 2011-2013 годы, автором трех патентов, 25 научных статей, одной международной заявки, положительно характеризуется по месту жительства и работы, а покушение на незаконное приобретение психотропных веществ совершил для их последующего использования в научной деятельности, - сообщается на сайте прокуратуры Краснодарского края. - На основании указанных обстоятельств, а также вследствие оказанного осужденным содействия органам предварительного следствия по делу, прокурором края сделан вывод об утрате Лопатиным общественной опасности, в связи с чем в Краснодарский краевой суд принесено кассационное представление об освобождении его от наказания.

Корреспондент "РГ" спросил у Николая Остроуха (адвоката, который занимался этим сложным делом): можно ли считать, что Дмитрий полностью оправдан?

- Нет. Хотя Лопатин теперь считается несудимым, и никаких претензий со стороны прокуратуры к нему нет, - сказал Остроух.- Он может свободно выезжать за границу для контактов с коллегами. В данном случае освобождение от наказания мотивировалось "изменением обстановки". То есть, я считаю, дело Лопатина вызвало с помощью "Российской газеты" огромный общественный резонанс. С вашей газеты все и началось. После многочисленных публикаций в СМИ в прокуратуре посчитали, что если наказывать таких людей, как Лопатин, то будет только вред, в первую очередь для отечественной науки.

«Переключаться с одного языка на другой – это менять Вселенные»

Недавно в Институте филологии СО РАН завершилась ежегодная региональная конференция «Языки народов Сибири и сопредельных регионов». Academcity.org встретился с доктором филологических наук, профессором, главным научным сотрудником Института филологии СО РАН, зав. кафедрой общего и русского языкознания НГУ, специалистом по сибирским языкам и председателем экспертного совета «Тотального диктанта» Натальей Кошкарёвой.

— Насколько современные гуманитарные науки способны объяснить появление языка у человека?

— Гуманитарные науки сами по себе – вряд ли: язык ведь не сугубо социальное явление, нужны данные антропологии, физиологии, и психологии, и археологии, и генетики. Есть мнение: то, что человечество заговорило, – это могло быть случайной аномалией, а не какой-то высшей духовной потребностью человеческого рода.  Человек и обезьяна восходят к одному и тому же прапрапредку, но обезьяна до сих прекрасно обходится без языка и как биологический вид существует вполне благополучно. Поэтому вполне могло случиться и так, что человек бы не заговорил, но при этом продолжал бы оставаться самостоятельным биологическим видом.

— Все человеческое сознание и практически все человеческое знание (кроме некоторых невербализированных практик)  – имеет языковую природу. Насколько разница языков влияет на разницу мышления?

— В соответствии с гипотезой лингвистической относительности Сепира и Уорфа,  язык определяет наше сознание и задает границы и особенности мира, который воспринимает человек. Есть огромное количество подтвержденных экспериментально ситуаций, когда носители разных языков ведут себя по-разному и по-разному воспринимают мир.  Даже выражение такой, казалось бы, объективной ситуации, как описание окружающего человека пространства, сильно различается в языках разных систем. Пространственные системы бывают эгоцентричными – т.е. ориентированными относительно человека, это системы типа европейских, когда мы говорим «налево – направо», «вперед – назад».

И для нас естественно, что положение вещей меняется в зависимости от того, какое место в пространстве мы занимаем: развернулись на 180 градусов – и то, что было слева, «переместилось» направо, как будто бы пространство изменилось вместе с изменением положения нашего тела. В нашем подсознании пространство динамично, оно перемещается следом за нами, как будто оно приклеено к нашему телу, мы мыслим себя центром Вселенной, которая «переворачивается» по нашей прихоти.

Но есть австралийские языки с абсолютной системой координат, в которых неважно, какое положение в пространстве занимает человек: пространство в их языке всегда остается неизменным, они характеризуют расположение предметов относительно частей света. И при этом их система ориентирована практически точно с севера на юг.

— То есть у них есть встроенный компас?

— Да, наверное, можно сказать и так. Представим ситуацию, когда носители такого языка обедают во вращающемся ресторане. Если нужно попросить солонку, то придется сказать что-то типа «Дай мне солонку, которая находится к востоку от твоей тарелки». Но поскольку ресторан вращается, то в разные моменты один и тот же человек должен попросить хлеб, который находится к югу от своего собеседника, а в другой момент – хлеб, который находится к северу от собеседника, хотя относительно самого человека положение хлеба не меняется, но оно меняется в реальном мире.

Конечно, в европейских языках тоже есть ситуации, в которых необходимо точно охарактеризовать положение предмета относительно географических координат. Но в какой ситуации для нас будет естественным сказать: к югу? на север? Только тогда, когда речь идет об очень больших расстояния: к югу от города, например, может находиться озеро. Корабль идет курсом на север.

Получается, что наш мир очень маленький, он ограничивается тем, что находится в непосредственной близости от нас, до чего мы буквально можем дотянуться рукой, мы в этом мире великаны, а все окружающее – крошечное. Масштаб мира австралийца куда обширнее, он мыслит его как бескрайний простор, на котором находится точка – человек. Он сопоставим с нашим представлением о маленьком кораблике, затерявшимся где-то в просторах океана, движение которого мы описываем так же, как описывает движение человека австралиец – в абсолютным координатах «юг – север – запад – восток».

Такое представление о мире сказывается и на бытовом поведении носителей разных языков. В одном эксперименте австралийцев и европейцев везли по сложному маршруту в густом лесу, при этом ни солнца, ни каких-то явных географических ориентиров видно не было. Из конечной точки они должны были описать обратный путь. Носители австралийского языка делали это очень точно, с небольшой погрешностью в 5-6%. А европейцы ошибались в 70-80%, т. е. они непременно заблудились бы и могли бы вообще совсем в другу сторону, так как в их языке нет возможности указать точный угол поворота. Если мы скажем «Поверни налево», то каким должен быть этот поворот: под прямым, тупым или острым углом? И насколько этот угол должен отклоняться от перпендикуляра? В условиях города поворот предопределен направлением улиц, но в лесу, в тундре, в пустыне или на море, при отсутствии видимых ориентиров, нужна большая точность направления. Получается, что владение языком с абсолютной системой координат в определенных ситуациях оказывается жизненно важным.

Такая привязка всей жизни к конкретной местности довольно широко распространена у тех этносов, которые ведут кочевой образ жизни. Например, ненцы Ямала ориентируются в пространстве относительно реки. Представления о севере и юге совмещаются с представлением о верхе и низе, так как Обь в местах их проживания течет практически точно с юга на север.

Представьте себе ситуацию: я живу в поселке, реки не видно, она протекает довольно далеко, и я договариваюсь с информанткой о встрече. Она говорит: «Я живу на север от вашего дома» (используется то же слово, что «вниз по течению»). Я представляю себе, что она живет где-то за поселком, может быть на стойбище, то есть воспринимаю эту фразу как описывающую большое расстояние до того места, где она живет. А на деле оказывается, что она живет буквально в соседнем доме. 

Хотя река не видна, но эта женщина прекрасно знает, куда она течет, и ориентируется относительно нее. Так же и оленеводы в тундре, где нет никаких заметных ориентиров, вынуждены ориентироваться по частям света.

— Да, это удивительно. Язык определяет ведь и восприятие мира. У некоторых народов, особенно африканских, словосочетания «хорошая погода» и «идет дождь» имеют одинаковое значение.

— Известен психолингвистический эксперимент: ученые собирали ассоциации, которые возникают со словами «солнце» и «болото». Что такое солнце для русских? Это источник жизни. И ассоциативный ряд приводит нас к слову «жизнь».  А вот в одном из среднеазиатских языков ряд ассоциаций тяготеет к смерти, потому что солнце может выжечь поля, а неурожай вызовет гибель людей и скота. Ассоциативные ряды могут быть направлены прямо противоположным образом. Аналогично со словом «болото»: у русских стоячая вода и отсутствие движения – это плохо, может привести к упадку, гибели, а у финнов наоборот: стабильность оценивается положительно.

 

Александра Зайцева

Завтра во второй части интервью читайте – о значении языка для сохранения этноса, какие страшные истории рассказывают ненцы и почему у хантов нет глагола «любить»

А в море плавают медузы…

В Академгородке стартовал 6 сезон научного кафе «Эврика». 5 октября перед посетителями кафе выступил морской биолог, подводный фотограф, а также начальник водолазной службы Беломорской биологической станции МГУ Александр Семенов.

Северные моря среднестатистическому человеку представляются холодной, темной и потому необитаемой массой воды. Пожалуй, столь же густонаселенной выглядит Сибирь для москвичей.

«Это типичное заблуждения, - признается Александр. – Многим кажется, что в северных морях, под ледяной шапкой, в темноте очень пусто, лишь изредка проплывают грустные замершие рыбы. Но это совсем не так! Таких красок, как у нас, я не видел больше нигде: ни в Красном море, ни на Барьерном рифе, нигде!»

Другое дело, что ни теплые моря, ни тем более холодные толком пока не изучены. С аквалангом моря изучают лишь последние лет 70 (после того, как в 1943 году Жак-Ив Кусто и Эмиль Ганьян изобрели первый безопасный и эффективный аппарат для дыхания под водой, который позволял погружаться на глубину до 60 метров без каких-либо вредных последствий). За это время нам удалось изучить, по разным оценкам, от 5 до 10% видов, обитающих в океане. А это 230 тысяч официально описанных видов. Но впереди нас ждет еще 2-3 миллиона неизвестных науке животных. И речь идет не только о видах, плохо заметных невооруженным глазом. Пару лет назад на берега Новой Зеландии выбросило неописанную ранее медузу, размером более 2 метров. И это далеко не единственный случай в последние годы, когда люди узнают о существовании новых крупных животных в недрах океана».

Но ждать у моря погоды, в смысле новых выброшенных из глубин океана животных, не стоит. Полученные таким образом сведения очень неполные: вы можете провести ДНК-тест, описать новый вид, но зачастую у вас не получится даже описать внешний вид животного (например, многие медузы, попадая на берег, выглядят, как кучка желе), и уж тем более эти трупы ничего не могут рассказать о поведении и местах обитания этих самых животных.

«Изучать животных под водой – это конечно здорово, но есть некоторые ограничения, – отмечает Александр и минусы этого метода. – Человек все же не морское животное, и под водой он может провести полчаса, если вода очень холодная, и часа три, при большом количестве воздуха и теплой воде. То есть, вы можете наблюдать за животным лишь небольшую часть его жизни».

 Неудивительно, что морские биологи пробуют селить объекты своего изучения в аквариумы. Впрочем, медуза Цианея размером с 12 этажный дом (трудно найти комфортный аквариум для такого животного), других медуз даже поймать невозможно – слишком легко травмируются их покровы.

А в море плавают медузы…

Встречи в «Эврике» традиционно пользуются огромной популярностью Медузы, скорее всего, будут первыми животными, которые встретятся вам в холодных водах северных морей. Впрочем – медуза, это лишь одна из стадий жизненного цикла. После оплодотворения личинки медуз (планулы) оседают на дно и образуют полипы. А уже у этих бесполых кустиков почкованием вновь появляются медузы.

Есть в северных морях и жгущиеся медузы – например, представители вида Хризаора. Ее длинные щупальца оставляют ожоги, которые могут остаться на всю жизнь. Секрет таких ожогов прост – все щупальца этих животных усеяны стрекательными клетками. Стрекательные клетки, по сути, представляют собой бочонок с жидким токсином и с упакованной спиралью под давлением нитью с гарпунчиком на конце. Наружу у стрекательной клетки торчит чувствительный волосок – книдоциль. Если этот волосок задеть, то стрекательная нить выстреливает с такой силой, что может даже прострелить человеческий ноготь. Неудивительно, что для стрекательных клеток некоторых видов медуз даже крепкая чешуя рыб не представляет существенного препятствия.

Практически в любом море можно встретить абсолютно безопасную медузу Аурелию. Вид Аурелия Лимбата встречается не во всех морях, а только на севере Тихого океана. Для этого вида характерны неожиданные вспышки численности. В таких случаях площадь, плотно занятая медузами, может достигать размеров Испании, а толщина «медузного слоя» достигает 4-6 метров. Именно в этот период, казалось бы, безвредное животное наносит большой вред экосистеме и человеку. И дело не только в проблемах с перемещением судов. В таком количестве медузы выедают практически всю органику. По сути, после «пятна медуз» образуется пищевой вакуум: другим обитателям моря есть уже нечего. После подобной вспышки численности экосистема восстанавливается несколько лет. Не меньше страдают от такого «пищевого вакуума» и люди. Жизнь многих приморских населенных пунктов зависит от улова рыбы.

Поэтому со вспышками численности медуз пытаются бороться. Правда, не всегда успешно.

Так, в Китае, экономика которого сильно зависит от рыболовной промышленности, во время очередной вспышки в море запустили специального робота, струнами разрезающего медуз. Но разрезав медуз на части, роботы освободили половые продукты этих животных. А так как оплодотворение у них наружное, люди, фактически, просто помогли медузам размножиться. Так что в результате такой борьбы с медузами численность последних увеличилась в 700 раз.

Несколько раз в истории приходилось останавливать атомные электростанции, потому что их системы охлаждения забивались медузами.

Тем не менее, от них не только вред. Медуза Аурелия принесла в свое время Нобелевскую премию. В 2008 году самой престижной научной награды удостоились американцы Осаму Симомура (Osamu Shimomura) (ученый родился в Японии), Мартин Чалфи (Martin Chalfie) и Роджер Тсиен (Roger Tsien) за получение и разработку различных форм зеленого флуоресцентного белка, найденного у медуз Аурелия. Это открытие привело к настоящей революции в медицине и молекулярной биологии, активно используется и сегодня. Применяют это открытие не только в медицине. Например, шелкопряды со встроенным флуоресцентным белком плетут светящийся щелк, что не может не радовать дизайнеров.

 

Юлия Черная  

В поисках ёмкости

Когда-то человечество отказалось от конденсаторов в пользу аккумуляторов. Теперь, в связи с появлением суперконденсаторов на основе новых углеродных материалов, интерес к этим устройствам снова возрастает. 

Однако для того, чтобы использовать их на полную мощность, нужно решить одну непростую проблему: а именно — повысить удельную ёмкость, запасаемую энергию. Сибирские учёные утверждают, что здесь поможет графен.

«За 10 лет рынок суперконденсаторов вырос почти в 10 раз. Ещё в 2006 году он составлял 272 млн. долларов, в 2011 — 500, а в 2015 по прогнозам специалистов будет все 2.5 млрд. Эти устройства применяются на транспорте (в стартерах, системах рекуперации энергии торможения, гибридных двигателях), в бытовой технике, источниках бесперебойного питания, фильтрах напряжения, сварочных аппаратах и так далее, — рассказал ведущий научный сотрудник Института химии твердого тела и механохимии СО РАН доктор химических наук Николай Фавстович Уваров на конференции «Графен: молекула и 2D-кристалл». — В настоящее время все гибридные электромобили используют их наряду с обычными аккумуляторами, за счёт чего происходит существенная экономия топлива. В Шанхае, например, по улицам ходит особый автобус-троллейбус с электродвигателем, работающим от суперконденсаторов. Он подъезжает к остановке, подзаряжается за несколько секунд, и едет до следующей». 
В современных суперконденсаторах используются углеродные материалы, обладающие высокой удельной поверхностью и оптимальной пористой структурой. Преимуществами этих устройств перед аккумуляторами являются высокая мощность и большое количество циклов заряда-разряда, к тому же здесь не происходит никаких паразитных электрохимических процессов. По сути дела, углеродные материалы заменяют благородные металлы — платину, золото, но при этом они легче и обладают гораздо более высокой удельной поверхностью. Единственный серьёзный недостаток суперконденсаторов: по величине запасаемой энергии они заметно уступают аккумуляторам.  

Как повысить удельную ёмкость электродных материалов? Известны три способа: 

Первый, самый стандартный: увеличить удельную поверхность. Эта задача решена для случая аморфного углерода. Однако, процесс синтеза таких материалов достаточно сложен, поэтому они получаются дорогостоящими, к тому же обладают низкой электропроводностью. 

Второй способ: повышение удельной ёмкости за счет увеличения поверхностной плотности заряда. Например, она возрастает трёхкратно при обработке углерода азотной плазмой. Такой подход считается перспективным, но он ещё недостаточно исследован.

Способ третий: увеличение ёмкости за счёт перехода к гибридным системам, или системам с так называемой «псевдоёмкостью». В углеродный материал можно добавить различные другие — полимеры, наноразмерные частицы оксидов переходных металлов, при этом ёмкость увеличивается в некоторых случаях до 1000 фарад/грамм. В этих электродах наряду с образованием двойного слоя идут электрохимические реакции, и устройство действует одновременно как конденсатор и аккумулятор. Сначала быстро заряжается двойной слой, а затем медленно происходит дозарядка — за счёт электрохимических процессов с участием полимера или оксида. Обычно большие емкости получаются при использовании водных электролитов.
Одними из наиболее перспективных электродных материалов для суперконденсаторов считается графен, а также системы на его основе. Он обладает очень большим значением удельной поверхности и огромной электропроводностью — будет работать там, где не способен аморфный углерод. Процессы заряда на поверхности графена происходят очень быстро, что  дает увеличение одновременно и  удельной энергии, и удельной мощности. 

В 2010 году были опубликована работа, показывающая, что суперконденсатор с электродом из графена способен обеспечить рекордные значения удельной емкости (560 Фарад на грамм) и запасенной энергии. Естественно, событие не осталось незамеченным, и в настоящее время ведутся интенсивные исследования в этом направлении. Впрочем, реально достигнутые значения гораздо ниже — около 250 Фарад на грамм, что обусловлено сложностью получения монослойного графена. 

«Для того чтобы достигнуть более высоких значений емкости лучше выбрать другой путь:  за счёт эффекта «псевдоёмкости», то есть введения в графен электрохимически активных добавок», — говорит Николай Уваров. 

В этом направлении уже сделан довольно большой прогресс китайскими учёными, которые получили графен, допированный нанокомпозитными частицами. Однако пока достигнуть рекордных значений порядка 1000 Ф/г удаётся только в водных растворах. Если те же самые системы проверить в органических растворителях, то удельная емкость оказывается гораздо ниже.  «Необходимо подобрать системы, которые обеспечат эффект «псеводоемкости» в органических средах. Те, которые имеют водные электролиты, работают при напряжении не выше одного вольта. Переход к органическим позволит резко увеличить величину накопленной энергии и мощности — повышение рабочего напряжения конденсатора с одного вольта до трёх увеличит эти значения в 9 раз, — утверждает исследователь. —  Графеновые материалы оказываются очень перспективными для использования в суперконденсаторах, если к их модификации применять комплексные подходы».

Жизненный цикл РАН закончен?

Сколько стоит теорема Пифагора и можно ли коммерциализовать науку, почему так важно омоложение Академии наук, ученый — «над» или «под» властью, кто должен управлять наукой — ученый или чиновник, что такое солидарность ученых, каковы приоритетные задачи российской науки, почему наука должна быть массовой, проблемы финансирования научных исследований и положение институтов за пределами Москвы — эти и другие вопросы стали предметом обсуждения и споров на Круглом столе ИА REGNUM«Какая наука нужна России? — Два года реформирования РАН».

«Прошло два года с момента подписания закона № 253 о реформировании Российской Академии наук и мы можем понять, что получилось, — отметил заместитель президента РАН Владимир Иванов, — нам надо понять, оправдались ли ожидания и куда двигаться дальше, тем более, что за это время ситуация изменилась не только в науке, но и во всем мире».

По мнению ученого, важно определиться, какая наука нужна России в связи с новыми вызовами и задачами. Оценивая результат реформирования РАН, он отметил, что Академия из «научной организации мирового уровня фактически превратилась в научное сообщество», которое не обладает ни полномочиями, ни достаточной самостоятельностью в выборе направления своей деятельности.

«Средний возраст ученых должен быть около 40 лет, — уверен член Президиума РАН, директор Института океанологии им. П.П. Ширшова, академик Роберт Нигматулин, — А наука должна быть умной, передовой, обеспеченной приборами, хорошей материальной базой, что сейчас ужасно».

По словам академика, Институт океанологии вынужден сдавать в аренду суда, чтобы иметь возможность содержать научный флот и организовывать экспедиции. Обращение к главе РФ, несмотря на данные правительству поручения, не привело к заметным результатам. «Эта команда не выполнена, хотя с тех пор прошло два с половиной года», — подчеркнул Роберт Нигматулин. Он убежден, что науке сегодня требуется реальное финансирование, как это происходит в развитых странах.

«Насколько у нас профессор обнищал! Я знаю, какие зарплаты у нас получают чиновники, а зарплата профессора МГУ — 10% от зарплаты депутата парламента. Даже в Африке таких стран нет, это антирекорд в мире!»

По поводу РАН академик Нигматулин отметил, что эта организация «должна быть консервативной ко всяким реорганизациям». Вместе с тем перемены нужны, главная из них — омоложение академических кадров.

«В настоящее время Российская академия наук, где средний возраст 75 лет, не способна выполнять те функции, которые на нее возлагаются, — подчеркнул он. — Подготовку молодежи надо поставить главной задачей Российской Академии наук».

Проблему управления наукой поставил на заседании Круглого стола заместитель председателя Совета по науке при Министерстве образования и науки РФ, член-корреспондент РАН Аскольд Иванчик. По его словам, главный вопрос реформы, который решался, кто будет управлять наукой — ученые или чиновники. Поскольку фундаментальная наука развивается в основном за государственные средства, чиновнику нужно решить, на какие исследования их выделять, а на какие нет. Безусловно, это дает чиновникам существенные полномочия.

«Это общемировая ситуация, везде чиновники стараются расширить зону своего влияния, — отметил Аскольд Иванчик, — Ученым в других странах удается эти попытки отразить. В Германии, например, научное сообщество практически автономно. Во Франции чиновники играют гораздо большую роль в управлении наукой. Но ни в одной из стран нет ситуации, когда чиновники решают все, а Россия теперь — такая страна».

Особое возмущение научного сообщества вызывала последняя новация Министерства образования — взять под контроль независимые Фонды поддержки научных исследований РФФИ (Российский фонд фундаментальных исследований) и РГНФ (Российский гуманитарный научный фонд).

«Мы планируем встретиться с руководителями фондов, — сказал Аскольд Иванчик, — рассмотреть вопрос об их деятельности, но члены Совета и я в том числе резко против. Мы считаем, что научный фонд, финансирующий исследования, должен быть независим от политики министерства, от государственной политики. Единственным критерием выделения финансирования должно быть качество работы. Это экспертная функция, которую могут взять на себя только представители научного сообщества».

«Засилье бюрократов» в науке беспокоит и научного руководителя Института экономики РАН, члена-корреспондента РАН Руслана Гринберга.
«Количество отчетов, количество критериев, на которые надо ориентироваться, количество форм, которые надо заполнять запредельно», — отметил он, — но самое главное — нет выхода из этого. По поводу коммерциализации науки, на которой настаивают чиновники, ученый заметил:

«А сколько стоила теорема Пифагора? Она нисколько не стоила, никому это не нужно было, ничто не изменилось. Уравнения Максвелла окупили все затраты на фундаментальную науку всех стран мира на ближайшие 200 лет. Я имею в виду электричество. Но сами уравнения ничего не стоили. Понимание этого феномена фундаментальной науки никак не может проникнуть в души людей, принимающих решения».

По мнению ученого, у нас сложилась плутократия — царство богатых, которые не заинтересованы в существовании независимой науки. «Весь мир этим доволен — никому не нужна российская наука несмотря на всякие охи-ахи, какие вы были хорошие в 50−60-е годы». Установку нынешних управленцев, что за все надо платить — от роддома до могилы — Руслан Гринберг назвал старомодной и архаичной. «Если мы не проявим солидарность, то уничтожение РАН станет фактом».

О солидарности ученых и деятельности профсоюза РАН рассказал его председатель, заведующий лабораторией Института общей физики РАН им. А.М. Прохорова Виктор Калинушкин. «Профсоюз действует достаточно активно, борется, есть поддержка», — сказал он и добавил, что для решения тех задач, которые ставит президент России по импортозамещению, обороноспособности, нужна массовая наука.

«Не решают такого рода проблемы небольшие группы ученых, как бы хорошо они ни были оснащены. Сейчас, к сожалению, есть тенденция противоположная», — отметил он, подчеркнув, что задачу повышения зарплат ученым чиновники хотят решить простейшим способом: не увеличивая финансирование, а сокращая число ученых.
«Тогда профессор, может быть, будет получать, как депутат, — сказал Виктор Калинушкин, — только их мало будет. Нужна массовая наука, нужно проблемы обеспечения достойной зарплаты решать не путем массового сокращения ученых под слова, что только 20% ученых дают 90% продукции, а 80% — это болото, компот, кисель. Этого делать нельзя! После двух лет реформирования РАН, благодаря тому, что объявлен мораторий на два года, что во главе ФАНО встали разумные люди, не осуществляющие резких движений, произошло не так много плохого».

Однако в целом результаты реформы и состояние дел в науке ученый оценил так: «Лучше не стало никому!»

Градус дискуссии поднял вице-президент Нанотехнологического общества России, математик из знаменитого на весь мир Института прикладной математики им. М.В. Келдыша Георгий Малинецкий. Соединение трех академий: медицинской, сельскохозяйственной и собственно РАН — в единую структуру он назвал химерой, страшным гибридом

«…змеи, льва и козла. Ну змея, видимо, — Медицинская академия, козел — рогатый скот, это Сельскохозяйственная академия, а обиталище научных львов — Российская академия наук. Глупость и абсурд! Это принципиально разные вещи. То, что делает РАН, может понадобиться через 50—100 лет, это наука с далеким прицелом, а то, что делает Академия медицинских наук, надо сегодня!»

Он возмущен отделением институтов РАН от самой академии, как если голову отделить от тела. Слияние институтов также абсурдно, например, соединение в единую структуру Института прикладной математики и Института математического моделирования.

«Это же бред! Зачем же нам уменьшать разнообразие? Как говорят специалисты по теории управления, одна из принципиальных вещей — управление разнообразием. В разнообразии — сила Академии наук, в том, что у нее есть региональные институты, разные институты, разные подходы. Даже в МГУ пять экономических факультетов. И это нормально».

По мнению ученого, ФАНО решило экспериментально проверить лозунг Ленина о том, что каждая кухарка может управлять государством.

«А может ли помпохоз управлять наукой — помощник по хозяйственной части? Это очень важные люди — это стулья, столы, чтобы всё было подметено. Я их глубоко уважаю, но в страшном сне не могло присниться, что тысячей институтов трех академий будут управлять помпохозы!»

То, что от фундаментальной науки ожидают каких-то немедленных, быстрых результатов, по мнению ученого, тоже абсурд. Он привел в пример слова Мстислава Келдыша, главы Академии наук во времена СССР, который любил цитировать Фрэнсиса Бэкона: «Человек, который ковыляет, но движется в правильном направлении, всегда обгонит того, кто бежит, но не в ту сторону». Основные направления и задачи науки сегодня, считает Георгий Малинецкий — это обеспечение оборонного комплекса России, а также упор на биологию, поскольку XXI век — век биологии.

«Каждый доллар, вложенный в США в программу «Геном человека», дал 140 долларов прибыли. Ни одна разработка такого не знает!», — подчеркнул он.
Перед страной стоит задача развития медицины, так как Россия — на 124-м месте в мире по уровню здравоохранения. И еще: если XX век был веком отдельных вещей, скажем, ядерной бомбы, то наш век — век систем. Именно поэтому мы должны проектировать будущее. Это регулярно делает Япония: каждые пять лет ведущие ученые и ряд предпринимателей осуществляют индикативное планирование.

«Они взяли наш опыт, — восклицает ученый, вспоминая Госплан СССР, — давайте теперь возьмем японский!»

«Золотую середину» во взаимоотношениях науки и чиновников пытался на Круглом столе найти представитель республики Бурятия в Совете Федерации, член-корреспондент РАН Арнольд Тулохонов. Он призвал коллег не ограничиваться «плачем Ярославны», а разработать документ, который можно было бы представить на обсуждение сенаторов. Он отметил, что отсутствие единства управления наукой, его распыление между Минобразования, ФАНО, научными Фондами, университетами и т.д., не дает возможность даже спросить с кого-то о результатах реформы.

«Мы встали перед фактом, что в России нет ответственных за науку», — отметил Арнольд Тулохонов.

Рассуждая на тему, какая наука нужна России, он вспомнил Хрущева, которого никто никогда не считал образованным человеком. Но тем не менее Хрущев в 1957 году создал Сибирское отделение Академии наук, понимая, что развивать Сибирь без науки невозможно. Был построен «лучший в мире до сих пор Новосибирский академгородок».

«Сегодня глава государства обозначает приоритеты России на XXI век — развитие экономики Сибири, Дальнего Востока, — заметил сенатор. — Что делает г-н Ливанов? На мой вопрос, какими делами Вы подкрепляете слова президента, он ответить не может. У него в глазах голубая мечта — закрыть под видом неэффективных вузы и Академию наук в Туве, Бурятии, Благовещенске, Чите и т.д.»

К самокритике призвал собравшихся заместитель директора Института системного анализа РАН Александр Швецов.

«Принятие ФЗ № 253 — это такой акт, который запустил процесс уничтожения, схлопывания академической науки в России. У этого процесса есть и другая сторона. Мы адресуем обычно упреки вовне: врагов у нас за крепостной стеной полно, это так. Но надо быть самокритичными — велика доля вины в произошедшем самой Академии наук. 20 лет реформирования прошли при полной инфантильности руководства Академии. Консолидированной позиции не было, сдались на милость победителю. Два года назад не произошло ничего неожиданного. Цели реформы были заявлены еще при ельцинском правительстве. Борис Салтыков, который в начале 90-х реализовывал государственную политику в области науки, признался в 2000-е годы, что еще тогда, в 90-е они сделали осознанный выбор в пользу американской модели организации науки. Цель была и выбор был сделан тогда. А Академия наук никак не отреагировала, она почивала на лаврах».

К сожалению, в ходе обсуждения стало очевидно, что, как отметил академик Нигматулин, не видно сил в РАН, которые способны изменить тенденцию. А Георгий Малинецкий вообще заявил, что Академия «прогнила» и продолжает придерживаться позиции «отсидеться надо», проводимой предыдущим руководством РАН. «Может быть, кончился жизненный цикл РАН?», — спросил коллег Александр Швецов. В любом случае всем очевидно, что ситуация тяжелая.

«Мы стоим на развилке, — подытожил обсуждение заместитель президента РАН Владимир Иванов, — мы пришли к конкретной точке бифуркации, как говорят математики, и должны понять, куда идти. Либо мы идем обычным путем, где нам будут диктовать условия «Высшая школа экономики», Академия народного хозяйства — они, кстати, приняли большое участие в подготовке идеологии под Закон № 253 — либо будет принята другая политика, призванная обеспечить суверенитет государства во всей его полноте. Отсюда и надо определяться, какая нужна наука. В первом случае наука нужна только в вузах и больше нигде, чтобы готовить квалифицированного потребителя. Во втором случае наука — ведущая производительная сила, как это сделано во всех развитых державах».

 

Страницы

Подписка на АКАДЕМГОРОДОК RSS