Александр Гордон - Диалоги (октябрь 2003 г.)
А.Г. После всех ваших объяснений я всё равно гадаю над тем, что могло бы означать ваше высказывание «эктон является первопричиной всякой порционности». То есть, здесь есть попытка обобщения, которая выходит за рамки…
Г.М. Нет, нет, это вырвано из контекста. Я, конечно, имею в виду конкретные процессы. Я вообще не принадлежу к числу людей, которые пытаются делать такие мировые обобщения и сказать, что процесс в колодце и процесс во вселенной – это одно и то же. Нет, я совершенно здравый человек.
А.Г. Еще вопрос о технологии. Наверное, просто в самой природе материала есть ограничения на эмиссию электронов. Какой материал является, с этой точки зрения, наиболее подходящим?
Г.М. Понимаете, ограничения по самой эмиссии в природе имеется, но оно связано не столько с материалом, сколько с самим электронным пучком. Есть так называемая формула Чайльд-Ленгмюра, которая показывает, что плотность тока пропорциональна приложенному напряжению в степени три вторых – «закон трёх вторых». Когда электроны идут, собственный объемный заряд мешает тому, чтобы была большая эмиссия. Но дело всё в том, что, во-первых, этот барьер можно преодолевать нейтрализацией пучка, положим, ионными потоками, плазмой и так далее.
С другой стороны, если говорить о величине тока, то сейчас можно получать электронные пучки размером 6 метров на 1 метр. С таких площадей можно получать сплошной электронный пучок. Для какой цели такая установка разработана? Она разработана американцами в Лос-Аламосе для того, чтобы в огромных объемах накачивать и получать очень мощные лазерные излучения.
Поэтому можно говорить о плотности тока. По плотности тока есть совершенно фантастическая вещь, состоящая в том, что когда мы получаем большой ток, то собственное магнитное поле пучка этот пучок пережимает. То есть, кулоновская сила расталкивания электронов становится меньше, чем магнитная сила сжатия, и пучок начинает сам фокусироваться. И вот как раз на этом были основаны идеи использования таких пучков в термоядерном синтезе. Эти очень интересные эксперименты начинались академиком Завойским, проводились в Курчатовском институте, потом их продолжала группа академика Велехова, профессора Рудакова и так далее.
Но оказалось, что электронный пучок не может нагревать, то есть он передает мишени не эффективную энергию, электроны проходят как бы на просвист, мало оставляя энергии. Поэтому перешли на ионные пучки, тоже мощные, в миллионы ампер. Электронным пучком нагревают анод, образуется плазма, и эта плазма уже испускает ионы. То есть, фактически, при помощи электронного пучка можно получать ионные пучки. Тоже много лет существовала эта программа, были затрачены огромные деньги, и получены очень мощные пучки, вплоть до, по-моему, 30 миллионов ампер. Ионов разных металлов, типа талия, водорода и так далее. Оказалось, что это тоже не эффективно – это тоже недостаточно, чтобы нагреть мишень до ста миллионов градусов, которые привели бы уже к импульсному термоядерному синтезу.
Сейчас используют ту же наносекундную мощную технику, но для нагрева используют взрыв цилиндрических плазменных образований, цилиндрических лайнеров, образованных из микроскопических проволочек. И получили очень мощное и мягкое рентгеновское излучение.
Сейчас, фактически, новое направление в термоядерном синтезе с использованием этих сверхбыстрых процессов – это так называемые зет-пиньч. Скоро будет международная конференция в Санкт-Петербурге, мы там как раз будем рассматривать процессы сильноточной электроники, электронные пучки, СВЧ-излучение и так далее, и параллельно с нами же будут проводить конференцию по зет-пиньчам, потому что в этом направлении очень-очень много интересного в физике появилось. То есть, нагретая до фантастических температур, плазма излучает мягкое рентгеновское излучение в диапазоне до нескольких килоэлектрон-вольт, и это мягкое рентгеновское излучение можно использовать для нагрева, делать рентгеновскую баню для нагрева мишеней.
А.Г. Вы сказали, что мы сохранили приоритет. Мы сохранили приоритет только в теории или и в технологии тоже?
Г.М. Я бы так сказал, что в идейном отношении мы сохранили, бесспорно, приоритет. В частности, в области пикосекундной электроники – это совершенно точно, тут не только теоретический и экспериментальный приоритет, но и просто уникальные пикосекундные приборы делаем только мы, их никто больше не делает. Это работы, которые ведутся в институте, где я являюсь директором, в Екатеринбурге, в Институте электрофизики.
А что касается очень больших машин, когда можно получать десятки миллионов электрон-вольт ускоренных электронных пучков, со многими миллионами ампер электронного тока… Это установки, которые нужны для того, чтобы моделировать эффекты, связанные со взрывом атомного оружия, там нужны уже сотни миллионов долларов. Так вот, у нас есть такие установки, вне всякого сомнения, но не такое большое количество, как, скажем, в такой богатой стране, как Соединенные Штаты Америки. Они позволяют себе потратить сотни миллионов долларов на то, чтобы сделать такую установку.
В Томске, в том институте, который я создал в свое время, специальном Институте сильноточной электроники, созданном для исследования этих всех эффектов (он был создан в 76-ом году, я там работал 10 лет директором, потом переехал на Урал) сейчас ведутся работы в этом направлении. Ведет их академик Ковальчук, он, фактически, разработал новую идеологию получения очень мощных высоковольтных импульсов. Если раньше их получали при помощи конденсаторов, собранных по схеме Эрвина Маркса, то он перешел на так называемые линейные трансформаторы. Это очень интересная технология, которая позволяет все эти огромные установки, просто циклопических размеров установки, делать существенно более компактными, простыми. И сейчас, например, при разработке многих установок эти работы используются широко.
То есть, я считаю, что даже в таком конкретном конструкторском приложении у нас тоже имеются очень хорошие приоритеты в этой области. Но вы сами понимаете, сейчас такая ситуация, что делается только то, что кому-то надо. Так же, как, например, скульптор не может делать огромную скульптуру только для того, чтобы удовлетворить свое любопытство, обязательно кто-то должен заплатить. Такая ситуация и у нас. Если есть потребность, то, естественно, мы их разрабатываем. Но, разрабатывая их, мы не делаем их, как подмастерья, это всегда делается с какими-то новыми идеями, с попыткой использовать новое предложение.
Сейчас, например, очень активно используется идея, связанная с применением полупроводниковых ключей. Если обычно использовали газовые ключи, газовый разряд, то сейчас открыто явление так называемого SOS-эффекта (это тоже открыли в моем институте в Екатеринбурге), когда полупроводниковый прибор может обрывать ток при напряжении в миллионы вольт, при плотности тока до сотни килоампер на квадратный сантиметр (это времена в наносекунды). Не включать, а обрывать кратковременный ток. Это позволило создать совершенно новые приборы. Если те приборы, о которых я говорил, обычно работали в одиночном режиме, потому что в качестве коммутаторов использовались газовые разрядники и уходило время на деионизацию плазмы, то полупроводниковые приборы могут работать в режиме десятков тысяч импульсов в секунду, сейчас у нас даже килогерцы есть. И в этом направлении – наш полный приоритет, не только идеологический приоритет, но и технологический. Мы просто являемся единственными производителями таких приборов во всем мире, и фактически, благодаря этому институту.
А.Г. А эти приборы, поясните мне, пожалуйста, для чего они используются?
Г.М. Во-первых, мы только что, в течение последних двух лет, создали абсолютно, принципиально новые рентгеновские аппараты для медицины. Эти аппараты имеют в 30 раз меньшую дозу, то есть человек получает в 30 раз меньшую дозу при том же самом эффекте. И потом они компактные, весь этот аппарат весит 29 килограммов и состоит из двух объемов. Вообще говоря, даже женщина может по одному объему переносить. Он переносной, его можно в МЧС использовать, его можно в скорой помощи использовать, и так далее. Они прошли все испытания, сейчас мы какое-то количество приборов этих продали.
А.Г. То есть, есть заказ на них все-таки?
Г.М. Есть заказы, но очень большая конкуренция. Почему-то всем хочется покупать за границей. Вот как-то своим не верят. И когда мы привозим, бесплатно даем и ставим, все поражаются и говорят: ну, не может быть, чтобы у нас делали такие приборы. Но такие приборы есть. Можно еще много приводить примеров.
Потом, что еще интересно? Оказывается, на этих компактных наносекундных приборах можно делать прекрасные лабораторные физические устройства. Имея буквально один импульсный генератор, можно приделывать к нему различные головки и наблюдать и рентген, и электронный пучок, и лазерное излучение. Я когда организовал свою кафедру в Томском университете, кафедру физики плазмы, то мы специально сделали целую серию студенческих экспериментов, это как бы малозатратный способ изучения фундаментальной физики, вообще говоря. Сейчас мы такой проект реализуем вместе с Министерством науки и технологий, и, в общем-то, надеемся, что сможем создать приборы, которые можно будет использовать, вероятно, даже в школах, а то, что в университетах, – это определенно. Они абсолютно безвредны, при определенной защите, конечно. Так что предложений очень много.
