Эксперимент «Плазменный кристалл» и наука на МКС.

В ноябре было объявлено о прекращении на МКС эксперимента "Плазменный кристалл". Специальное оборудование для эксперимента было помещено в грузовой корабль "Альберт Эйнштейн" и сгорело вместе с ним над Тихим океаном. Так закончилась длинная история, наверное, самого известного космического эксперимента. Я хочу рассказать о нём и чуть-чуть рассказать о науке на МКС в целом.

А где открытия?

Прежде всего, необходимо сделать несколько демотивирующее вступление. Современная наука - это не компьютерная игра, где, в принципе, нет бесполезных исследований, и каждое открытие дает заметный бонус. И, увы, прошли времена, когда гений-одиночка типа Эдисона мог один наизобретать много кардинально меняющих жизнь устройств. Сейчас наука - это методичное движение вслепую по всем доступным путям, которое осуществляется большими организациями, длится годами и может привести к нулевым результатам. Поэтому информация об исследованиях на МКС, которая публикуется регулярно , без адаптации в научно-популярный вид выглядит, если честно, весьма скучно. В то же время, некоторые из этих экспериментов являются действительно интересными, и, если и не обещают нам мгновенных сказочных результатов, то дают надежду на улучшение понимания того, как устроен мир, и куда нам двигаться за новыми фундаментальными и прикладными открытиями.

Идея эксперимента

Известно, что вещество может пребывать в четырёх фазовых состояниях - твердом, жидком, газообразном и плазменном. Плазма - это 99,9% массы Вселенной, начиная от звезд и заканчивая межзвездным газом. На Земле плазма - это молнии, северное сияние и, например, газоразрядные лампы. Плазма, содержащая частицы пыли также весьма распространена - это планетарные кольца, кометные хвосты, межзвездные облака. И идея эксперимента состояла в искусственном создании плазмы с микрочастицами пыли и наблюдением за её поведением в условиях земной тяжести и микрогравитации.

В первом варианте эксперимента (на картинке) ампула с пылевой плазмой подсвечивалась лучами Солнца, пыль в плазме подсвечивал лазер, и подсвеченный участок снимался на камеру. В дальнейшем применялись более сложные экспериментальные установки. "Черная бочка", сгоревшая вместе с "Альбертом Эйнштейном" была установкой уже третьего поколения.

Результаты

Эксперименты в условиях микрогравитации оправдали надежды ученых - пылевая плазма по своей структуре становилась кристаллической или проявляла свойства жидкостей. В отличие от идеального газа, в котором молекулы движутся хаотично (см. тепловое движение), пылевая плазма, будучи газом, проявляет свойства твердых и жидких тел - возможны процессы плавления и испарения.
В то же время, были и неожиданные открытия. Например, в кристалле могла возникнуть полость. Почему - пока неизвестно.

Но самым неожиданным открытием явилось то, что пылевая плазма при некоторых условиях формировала спиральные структуры, похожие на ДНК! Возможно, даже происхождение жизни на Земле каким-то образом связано с пылевой плазмой.

Перспективы

Результаты многолетних исследований по эксперименту "Плазменный кристалл" показывают принципиальную возможность:

Формирования в пылевой плазме наноматериалов с уникальными свойствами.

Осаждения материалов из пылевой плазмы на подложку и получения новых типов покрытий - многослойных, пористых, композитных.

Очистки воздуха от промышленных и радиационных выбросов и при плазменном травлении микросхем.

Плазменной стерилизация неживых предметов и открытых ран на живых существах.

Сахарова Т.А. (р.п. Н-Кисляй, МКОУ Нижнекисляйская СОШ им. Полякова)

1. Арцимович Л.А. «Элементарная физика плазмы».

2. http://www.nkj.ru/archive/articles/1318/ (Наука и жизнь, КРИСТАЛЛЫ В ПЫЛЕВОЙ ПЛАЗМЕ).

3. Robert L. Merlino. Experimental Investigations of Dusty Plasmas (англ.) (PDF). Department of Physics and Astronomy, The University of Iowa (17 June 2005). – Исторический обзор исследований пылевой плазмы. Проверено 18 июля 2009. Архивировано из первоисточника 2 апреля 2012.

4. Фортов В.Е., А.Г. Храпак, С.А. Храпак, В.И. Молотков, О.Ф. Петров. Пылевая плазма (рус.) // УФН. – 2004. – Т. 174. – С. 495–544.

5. Цытович В.Н. Плазменно-пылевые кристаллы, капли и облака (рус.) // УФН. – 1997. – Т. 167. – С. 57–99.

6. Пылевая плазма // Энциклопедия низкотемпературной плазмы. – М.: Янус-К, 2006. – Т. 1.

7. Фортов В.Е. Плазменно-пылевые кристаллы и жидкости на Земле и в Космосе (рус.) // Вестник российской академии наук. – 2005. – Т. 75, № 11. – С. 1012-1027.

8. Клумов Б.А. О критериях плавления комплексной плазмы (рус.) // УФН. – 2010. – Т. 180. – С. 1095–1108.

9. Видео с ютуба «Изучение полевых кристаллов в космосе».

Плазма - самое распространенное состояние вещества в природе: по оценкам, в этом состоянии находится примерно 95 % обычной материи во Вселенной. Звезды - это сгустки плазмы, ионизованного газа с температурой в десятки и сотни миллионов градусов. Свойства плазмы составляют основу современных технологий, область применения которых обширна.

Данной исследовательской работой я занялся, потому что меня заинтересовало еще малоизученное в современном мире четвертое состояние вещества - плазма. Увлекло явление, обнаруженное недавно в низкотемпературной плазме, - образование «плазменного кристалла», то есть пространственно-упорядоченной структуры из мелкодисперсных частиц - плазменной пыли.

Цель моего исследования: получение низкотемпературной плазмы путем эксперимента, знакомство с плазменно-полевыми кристаллами.

Задачи исследования:

1. Расширить знания о «плазме».

2. Получить низкотемпературную плазму в домашних условиях.

3. Узнать сферы применения плазмы.

4. Провести анализ, полученных сведений из различных источников и экспериментальных данных.

Актуальность данной работы в том, что в последнее время физика плазмы - активно развивающаяся область науки, в которой по сей день совершаются удивительные открытия, наблюдаются необычные явления, требующие понимания и объяснения. Открытия в этой сфере позволят улучшить качество жизни человека: организовать переработку отходов; производство альтернативной энергии; производство микросхем; увеличение прочности металлов; изобретение новых плазменных двигателей; победить вредные микробы; улучшить качество цветных изображений в плазменных панелях; объяснить эволюцию Вселенной и т.д.

Работа с источниками информации

История открытия плазмы

Четвертое состояние материи было открыто У. Круксом (рис. 1) в 1879 году и названо «плазмой» И. Ленгмюром (рис. 2) в 1928 году возможно из-за ассоциаций с четвертым состоянием вещества (плазмы) с плазмой крови.

Рис. 1. У. Кругсон

Рис. 2. И. Ленгмюр

И. Ленгмюр писал: «Исключая пространство около электродов, где обнаруживается небольшое количество электронов, ионизированный газ содержит электроны и ионы практически в одинаковых количествах, в результате чего суммарный заряд системы очень мал. Мы используем термин «плазма», что бы описать эту в целом электрически нейтральную область, состоящую из ионов и электронов». .

Понятие плазмы

Плазма - частично или полностью ионизованный газ, образованный из нейтральных атомов (или молекул) и заряженных частиц (ионов и электронов). Важнейшей особенностью плазмы является ее квазинейтральность, это означает, что объемные плотности положительных и отрицательных заряженных частиц, из которых она образована, оказываются почти одинаковыми.

Газ переходит в состояние плазмы, если некоторые из составляющих его атомов (молекул) по какой-либо причине лишились одного или нескольких электронов, т.е. превратились в положительные ионы. В некоторых случаях в плазме в результате «прилипания» электронов к нейтральным атомам могут возникать и отрицательные ионы.

Если в газе не остается нейтральных частиц, плазма называется полностью ионизованной. Плазма подчиняется газовым законам и во многих отношениях ведет себя как газ. Вместе с тем, поведение плазмы в ряде случаев, особенно при воздействии на нее электрических и магнитных полей, оказывается столь необычным, что о ней часто говорят как о новом четвертом состоянии вещества (рис. 3).

Рис. 3. Четвёртое состояние вещества

Что такое пылевая плазма?

Пылевая плазма представляет собой ионизованный газ, содержащий пылинки - частицы твердого вещества. Такая плазма часто встречается в космосе: в планетных кольцах, хвостах комет, межпланетных и межзвездных облаках (рис. 4). Она обнаружена вблизи искусственных спутников Земли и в пристеночной области термоядерных установок с магнитным удержанием, а также в плазменных реакторах, дугах, разрядах.

Рис. 4. Плазменный хвост кометы

В лабораторных условиях пылевую плазму впервые получил американец Ирвинг Лэнгмюр еще в 20-х годах прошлого века. Однако активно изучать ее начали лишь в последнее десятилетие. Повышенный интерес к свойствам пылевой плазмы возник с развитием технологий плазменного напыления (рис. 5) и травления в микроэлектронике (рис.6), а также производства тонких пленок (рис. 7) и наночастиц (рис. 8).

Рис. 5. Плазменное напыление

Рис.6. Травление платины в водороде

Рис. 7. Тонкая полупроводниковая пленка

Рис.8. Наночастицы

Плазменный кристалл

Размеры пылевых частиц относительно велики - от долей микрона до нескольких десятков, иногда сотен микрон (рис. 9). Их заряд может иметь чрезвычайно большую величину и превышать заряд электрона в сотни и даже в сотни тысяч раз. В результате средняя кулоновская энергия взаимодействия частиц, пропорциональная квадрату заряда, может намного превосходить их среднюю тепловую энергию (рис. 10). Получается плазма, которую называют сильно неидеальной, поскольку ее поведение не подчиняется законам идеального газа. (Напомним, что плазму можно рассматривать как идеальный газ, если энергия взаимодействия частиц много меньше их тепловой энергии).

Рис. 9. Плазменный кристалл

Рис. 10. Кулоновское взаимод

Теоретические расчеты равновесных свойств пылевой плазмы показывают, что при некоторых условиях сильное электростатическое взаимодействие «берет верх» над низкой тепловой энергией и заставляет заряженные частицы выстраиваться в пространстве определенным образом. Образуется упорядоченная структура, которая получила название кулоновского или плазменного кристалла. Плазменные кристаллы подобны пространственным структурам в жидкости или твердом теле (рис. 11). Здесь могут происходить фазовые переходы типа плавления и испарения.

Рис. 11. Плазменный кристалл

Если частицы пылевой плазмы достаточно велики, плазменный кристалл можно наблюдать невооруженным глазом.

Получение низкотемпературной плазмы в домашних условиях

После некоторых исследований, свойств и характеристик плазмы, я смог провести опыт получения в домашних условиях низкотемпературной плазмы (Видео «Получение плазмы»). Для этого мне понадобилось следующее оборудование: СВЧ печь, вод ветроустойчивые спичка, стеклянная банка.

Рис. 12. Подготовительный этап

Ход проведения опыта:

1. С начала я вынул из СВЧ печи стеклянное блюдо, на котором вращаются продукты при разогреве. Подготовил спичку (рис. 12).

2. Затем на центр Микроволновой печи я вставил спичку и зажег ее.

3. После этого я накрыл спичку стеклянной банкой, потом закрыл СВЧ печь, включил ее, установив функцию нагрева продуктов (рис. 13).

4. После некоторого количества времени можно увидеть, как в стеклянной банке с зажженной спичкой образовывается плазма (рис. 14).

Рис. 13. Спичка под стеклянной банкой в СВЧ печи

Рис. 14. Низкотемпературная плазма

Благодаря этому простому опыту можно увидеть, как ионизируется газ под действием температуры и тем самым получается частично ионизированная плазма. Если мне удалось так просто получить низкотемпературную плазму, значит её можно получить на предприятиях, при этом затраты на её получение минимальны.

Заключения

Мне удалось получить низкотемпературную плазму в домашних условиях. Я расширил свои знания по данному вопросу, узнал много нового и интересного. Меня очень заинтересовала эта тема и уверен, что когда я буду выбирать профессию эта исследовательская работа оставит свой отпечаток.

«Хаотичная» плазма-это 5-е состояние вещества. Кристаллическая плазма-это состояние «организованной» плазмы, где ее не надо удерживать магнитным полем. Свойства плазмы составляют основу современных технологий, область применения которых обширна.

Я считаю, что плазма - это символ будущего, важнейшая отрасль, без которой немыслимо дальнейшее развитие цивилизации. Плазма, на мой взгляд, альтернативный источник энергии и доктор экологии.

Библиографическая ссылка

Скобликов А.А. ПОЛУЧЕНИЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ, ЗНАКОМСТВО С ПЛАЗМЕННО-ПОЛЕВЫМИ КРИСТАЛЛАМИ // Старт в науке. – 2016. – № 2. – С. 133-136;
URL: http://science-start.ru/ru/article/view?id=51 (дата обращения: 28.03.2019).

Экипаж МКС завершил уникальный эксперимент - Лента новостей - Финанс.
Финанс.
Полный адрес статьи:
http://finansmag.ru/12504
Экипаж МКС завершил уникальный эксперимент

Как рассказал обозревателю идейный вдохновитель и научный руководитель эксперимента академик Владимир Фортов: "Плазменный кристалл" - это совместный российско-германский проект. Вот уже много лет Российская академия наук и Международное общество Макса Планка проводят эксперименты по заморозке плазмы в условиях невесомости. Благодаря этому удалось получить так называемую пылевую плазму, содержащую помимо электронов, ионов и нейтральных частиц сильно заряженные пылинки микронных размеров, что способствует образованию упорядоченных структур - плазменной жидкости или плазменных кристаллов". Подобные образования достаточно часто встречаются в открытом космосе. Они также возникают в устройствах для термоядерного синтеза. "Как только человечество научится получать пылевую плазму, оно получит ключ к принципиально новым технологиям. Так, в частности, пылевую плазму можно использовать в микроэлектронике, для получения катализаторов, выращивания искусственных алмазов, превращения ядерной энергии в электрическую", - считает академик Фортов. Существуют и совершенно фантастические области применения пылевой плазмы. По мнению ряда ученых, с ее помощью можно создать так называемый плазменный пылесос, который будет обезвреживать радиоактивные выбросы при ядерных авариях. Также пылевая плазма может лечь в основу принципиально нового типа двигателей для космических аппаратов, что сделает реальностью полеты к другим звездным мирам.
Новые Известия
http://www.finansmag.ru/7911/12504/print/

Капитан выходит в космос
Академик Владимир Фортов: “Лекции - это святое!”

Исходя из того, что “все гениальное - просто”, не могли бы вы доступно обозначить суть вашего уникального космического эксперимента? Простите, обращусь к шпаргалке, чтобы процитировать, - “по формированию квазикристаллических упорядоченных структур в плазме”.
- Существует четыре агрегатных состояния вещества в природе: твердое (частички собираются в кристаллическую структуру, и получается решетка), жидкое, газообразное и плазма. Но есть такие условия, при которых плазму можно заморозить. Мы берем частички микронного размера, сообщаем им большой электрический заряд - и они снова выстраиваются в решетку. Мы надеемся, что, используя их, можно выращивать искусственные алмазы, создавать ядерные источники электропитания, бороться с радиоактивными полевыми выбросами, проводить эффективный катализ химических реакций.

Московский Комсомолец
от 23.01.2006
Беседовала Изабелла САВИЧЕВА.
http://www.mk.ru/numbers/2001/article68423.htm

Экипаж МКС может помочь команде ученых получить Нобелевскую премию за пылесос будущего

2005-02-02 10:49:43

"Плазменный кристалл" - результат сотрудничества российского Института теплофизики экстремальных состояний (ИТЭК) РАН и немецкого Института внеземной физики (ИВФ), а "крестными отцами" эксперимента стали академик РАН Владимир Фортов и профессор ИВФ Грегор Морфилл. Результаты эксперимента, отмечают ученые, позволят создать "пылесос" для направленного обезвреживания радиоактивных выбросов в атмосферу при ядерных авариях, а также разработать мощные компактные ядерные источники питания для космических аппаратов.

На МКС заработает "пылесос"

На Земле процессы, происходящие в таких структурах, искажаются действием гравитации, тогда как в космосе это влияние отсутствует. В недалеком будущем всё это найдет вполне земное применение - в микроэлектронике, дизайне наноструктур, создании ядерных батарей и развитии новых видов энергетики. Кроме того, эксперимент откроет новые горизонты в медицине – в частности, стоматологии: с помощью плазменно-пылевых технологий возможно создание принципиально новых материалов для пломбирования и протезирования зубов.
Юлия Мамина
На грани невозможного 5(362),2005
http://anomalia.narod.ru/text8/353.htm

Международный космический плазменный центр открылся сегодня в подмосковном Королеве.
Результаты эксперимента, достойного, по мнению многих ученых, Нобелевской премии, позволят, в частности, создать новые компактные энергетические батареи и лазеры, а также разработать технологию выращивания алмазов в условиях микрогравитации. Об этом сообщает ИТАР-ТАСС.
08.02.05 15:39
http://www.newseducation.ru/news/2/20050208/9126.shtm

Эксперименты на МКС помогут создать ядерную батарею нового поколения

"Плазменный кристалл" проводится совместно Россией и Германией. Стоимость эксперимента составляет более одного миллиона евро в год. Как сообщил РИА "Новости" научный руководитель программы "Плазменный кристалл" с российской стороны, академик РАН Владимир Фортов, первые результаты эксперимента уже получены.

"На основе исследований по проекту "Плазменный кристалл" мы рассчитываем совместно с Курчатовским институтом создать ядерную батарею со сроком службы 30-40 лет мощностью 10-20 киловатт с коэффициентом полезного действия около 30 процентов", - сказал Фортов. Батарея, по его словам, будет обслуживать космические спутники связи.
К настоящему моменту уже удалось сконструировать отдельные элементы ядерной батареи будущего. "Вместе с Курчатовским институтом мы создали отдельные элементы, работающие независимо, и сейчас стоит задача объединить их в единое целое, то есть собрать батарею", - отметил Фортов.
Помимо этого результаты проводимого эксперимента, по словам академика, найдут применение и в проекте термоядерного реактора, который надо периодически очищать от пыли. Ранее сообщалось, что они позволят также создать "пылесос" для направленного обезвреживания радиоактивных выбросов в атмосферу при ядерных авариях.

Недавно им удалось выявить новые состояния плазмы в условиях невесомости в ходе эксперимента «Плазменный кристалл» на международной космической станции. Полученное «разупорядоченное» в молекулярном отношении вещество, в котором атомы движутся хаотически, в определенных условиях способно превращаться, например, в алмазы. Но наладить это производство можно пока что только в космосе. Кстати, первый эксперимент по получению плазменно-пылевых кристаллов был проведен еще на станции «Мир» российскими космонавтами Анатолием Соловьевым и Павлом Виноградовым в январе 1998 года.

А космонавтам-исследователям нынешней экспедиции уже удалось получить плазменный кристалл. Его образование ученые наблюдали воочию, без микроскопа, поскольку расстояние между частицами нового минерала довольно большое.

– В ходе экспериментов на орбите мы научились выстраивать атомные решетки в нужном порядке и вполне можем выращивать искусственные алмазы, – сообщил академик Фортов. - Если так дальше пойдет, то бриллианты вскоре будут стоить не дороже, чем обычная бижутерия.

Но еще перспективнее вторая часть проведенного в космосе эксперимента. Ученые подтвердили идею создания мощных источников питания из замороженной плазмы, которые в Институте теплофизики называют ядерными батареями для космических аппаратов.

Способные работать только в условиях невесомости компактные батарейки обеспечат энергией полеты в любой уголок Солнечной системы.
Виталий ТЕТЕРЯТНИК
http://www.gudok.ru/index.php/print/32010

Парламентская газета № 790 за 8/23/01
Рубрика: сенсации XXI века
Кристаллы из космоса

# Все происходит странным образом, # продолжает академик Фортов, # но тем не менее это происходит. И естественно, на такое явление обратил внимание классик науки. Был такой Винер, он посчитал свободную энергию частиц, и именно он подсказал всем нам, что у плазмы появляется стремление перейти от хаотического движения к упорядоченному. Причем это она делает по собственной воле, а не по принуждению. Она и получила название #неидеальной плазмы#.
Казалось бы, все должно быть иначе. Если плазма сама по себе старается #привести себя в порядок#, то ее следовало назвать #идеальной #. Думаю, особых доказательств не нужно. Достаточно понаблюдать за женщиной, собирающейся в театр или в гости. Но у физиков своя логика: чем больше вещество или явление #уходит # от стандартности, тем больше оно привлекает их внимание. Название #неидеальная плазма# сразу же притягивает их. Впрочем, их логика понятна: мужское внимание всегда привлекает или очень красивая женщина, или, напротив, # не очень, в общем # нестандартная.

А академик Фортов продолжает:

# 98 процентов всей материи в природе существует в сильно сжатом плазменном состоянии. Чтобы получить такое состояние, нужны сильные давления # миллионы и миллиарды атмосфер, # и высокие температуры. Процессы идут мгновенные # доли секунды, и их нужно измерять с помощью разных методов. Это умеют делать немногие, в первую очередь мы и американцы. Те, кто делал ядерное оружие. Это физика высоких плотностей энергии. Сначала материю нужно сильно сжать, а затем она начинает разлетаться. Один из вариантов этого процесса # ядерный взрыв. Так вот... Совсем недавно, буквально в последние годы люди обратили внимание на то, что необязательно имитировать те процессы, что идут в звездах, то есть добиваться сверхвысоких давлений и температур. Можно сделать совсем по-другому, по-хитрому... А получается очень красивая вещь!

# Может быть, это красиво, но пока совсем непонятно, что вы имеете в виду!

# Если у меня есть плазма # стандартная, кондовая, обыкновенная, к примеру, как в той же лампе дневного света, и в нее насыплю пыли, то каждая пылинка зарядится до потенциала один-два электрон-вольта. Пылинки начнут взаимодействовать... и я получаю в лабораторных условиях те самые процессы, что идут в звездах.

# Но в ничтожных количествах?!

# И вот тут-то и начинается самое интересное! Я беру обыкновенную лампу дневного света (огрубляю, конечно), заставляю ее гореть неравномерно и сыплю туда порошок и таким образом я получаю неидеальную плазму. То, что в ней происходит, я могу видеть своими глазами: я наблюдаю ударные волны, изменения типа решетки...

# Стоп! Было же заявлено физиками, что есть процессы, которые невозможно смоделировать. В частности, речь шла и о некоторых состояниях плазмы. Вы утверждаете, что это была ошибка?

# Я не утверждаю, а демонстрирую очень многие физические явления...

# Почему потребовались эксперименты в космосе?

# Частички достаточно тяжелые, и поэтому гравитация дает возможность получить только один-два слоя, # отвечает ученый, # а в космосе получаешь трехмерную структуру.

# Как же удалось пробиться на орбиту? Говорят, что слишком много желающих, да и у большинства денег нет. А потому предпочтение отдается иностранцам... На этот раз они помогли?

# Правду сказать? Хорошо... Главную роль сыграло мое прошлое... Откуда я взялся? Из родного военно-промышленного комплекса. Я работал в НИИ тепловых процессов. А теперь все мои друзья стоят во главе космических программ, и, конечно же, старые связи помогли... Но тем не менее в космос не смог бы пробиться, если бы работа того не стоила. Вместе с немцами сделали установку, весит она немного, а потому привлекательна для любых космических деятелей. Вроде бы забот немного, а есть возможность им говорить, что большой наукой занимаются. Так что интересы многих людей и организаций совпали, что и помогло выйти нам на орбиты. Сначала два эксперимента провели на #Мире #...

Американцы очень удивились, когда узнали, что у русских в их модуле находится столь уникальная исследовательская установка. Они знали о ее существовании, более того # астронавты знакомились с #Кристаллом #, но начать работать с ним они предполагали лет через пять, то есть когда закончится сборка МКС. А пока основное внимание в подготовке астронавтов уделяется монтажным работам.

Надо отдать должное Сергею Крикалеву # одному из самых опытных космонавтов не только России, но и США. Он летал как в составе наших экипажей, так и американских. У Сергея особое пристрастие к научным экспериментам, он понимает, что именно они лежат в основе космонавтики, ради них он выбрал себе такую профессию. Его энтузиазм и энергия сыграли, пожалуй, главную роль в успехе #Плазменного кристалла#. Но и помощник у него был, кстати, весьма надежный: Юрий Гидзенко безупречно работал как во время наземных тренировок, так и на орбите. Командир же первой длительной экспедиции на МКС Уильям Шеппард, хоть и прошел весь цикл подготовки по этой программе, все-таки остался к ней равнодушен: как истинного космического командира его в первую очередь волновали техника и хорошее настроение экипажа. И то, и другое было в норме, а потому Шеппард поощрял увлечение #Кристаллом # своих товарищей по экспедиции.

Результаты превзошли все ожидания и вызвали сенсацию среди физиков! Сторонников у полета МКС стало гораздо больше, особенно в Германии. Там совместный российско-германский эксперимент вызвал такой энтузиазм, будто случилось нечто сверхъестественное. А может быть, так и есть?

И вновь комментарий академика Владимира Фортова:

# Первое: перед такими ребятами, как наши космонавты, я просто снимаю шляпу. Думаю, что они вполне могли бы защитить диссертацию по этой работе # ведь они дали толчок новому направлению...

# Я слышал, что эта идея стоит миллиард долларов?

# Да, слухи в наше время разносятся очень быстро!

# И у них есть основания?

Фортов смеется. Но потом говорит уже вполне серьезно:

# Скрывать не буду: действительно, речь сегодня идет о миллиарде долларов. Во столько оценивается то, что мы предполагаем создать. Это прежде всего совместный Российско-Германский научно-исследовательский институт, в котором будут вестись работы по физике плазмы. Я являюсь членом Германской академии, Г. Морфилл # член нашей Академии. Что плохого, если два академика создадут один институт, чтобы вместе работать? На мой взгляд, такая идея полностью соответствует нынешнему представлению о кооперации науки. Исследования, в частности, будут проходить и на борту МКС. Одновременно мы создадим виртуальную космическую лабораторию. Мы разослали предложения по всем странам мира, смысл которых очень прост: у нас есть на борту МКС установки, и мы готовы предоставить их для тех или иных проектов. Эксперты оценивают конкретные предложения, лучшие из них отбираются. Финансировать эти работы готово Европейское космическое агентство... Так что идеи есть, и своими первыми работами на борту МКС мы доказали, что можем их осуществлять на самом высоком научном уровне. Так что информация об упадке науки России еще весьма преждевременна...

Инновационный портал
Уральского Федерального округа
WWW.INVUR.RU

февраль 07- 14
09.02.2005 Международный космический плазменный центр открывается в Подмосковье
КОРОЛЕВ. Международный космический плазменный центр открылся вчера в подмосковном Королеве. Как заявили в российском Институте теплофизики экстремальных состояний (ИТЭК) РАН, "учредителями центра, кроме ИТЭК, стали германский Институт внеземной физики Общества Макса Планка во главе с профессором Грегором Морфиллом и Российская космическая корпорация (РКК) "Энергия" под руководством генерального конструктора Юрия Семенова".

"Салижан Шарипов начал 2 февраля на борту Международной космической станции заключительную 12-ю сессию эксперимента "Плазменный кристалл" в области физики пылевой плазмы на аппаратуре ПК-3", - рассказали в Центре управления полетами. "Результаты этого уникального научного проекта Шарипов обсудит сегодня в ходе прямого сеанса связи "ЦУП-МКС" с министром образования и научных исследований Германии Эдельгард Бульманн, а также с "крестным отцом" эксперимента - академиком РАН Владимиром Фортовым", - отметил источник.
(…)
Результаты эксперимента, достойного, по мнению многих ученых, Нобелевской премии, позволят, в частности, создать новые компактные энергетические батареи и лазеры и разработать технологию выращивания алмазов в условиях микрогравитации. Об этом сообщает ИТАР-ТАСС.
http://www.invur.ru/print.php?page=news&id=10429

Труд №024 за 11.02.2005

ЗУБНЫЕ ПЛОМБЫ ИЗ КОСМОСА
- Пылевая плазма - это новое, ранее не известное состояние вещества, - пояснил нам руководитель программы, академик РАН Владимир Фортов. - Это плазма, содержащая не только электроны, ионы и нейтральные частицы, но и сильно заряженные пылевые частицы микронных размеров. Взаимодействие этих частиц приводит, в частности, к образованию упорядоченных структур, которые мы и называем плазменно-пылевыми кристаллами. На Земле процессы, происходящие в таких структурах, искажаются под действием гравитации, но в космосе это влияние отсутствует. В недалеком будущем результаты эксперимента найдут вполне земное применение - в микроэлектронике, при создании ядерных батарей и развитии новых видов энергетики. Кроме того, эксперимент откроет новые горизонты в медицине - в частности, стоматологии: с помощью плазменно-пылевых технологий возможно создание принципиально новых материалов для пломбирования и протезирования зубов.

Алмаз из пыли
Дата: 24/02/2005
Тема: Наука и техника

«Замороженной» плазмой будут лечить зубы

Российские физики сделали то, что ещё вчера считалось невозможным, – «заморозили» плазму. Таковы итоги эксперимента, проведённого на Международной космической станции.
Ученые говорят, что смогут вырастить в космосе огромные и необыкновенно чистые алмазы.
Российские и немецкие физики добились парадоксального состояния вещества. Это кристаллическая плазма. Результат экспериментов, без сомнения, сенсационный и, по мнению ученых, заслуживает Нобелевской премии.
Салижан Шарипов и Лерой Чиао, которые работают на МКС, показали, как пылевая плазма превращается в кристалл. Эксперимент проводится в вакуумной камере, в которую вводятся пылевые частицы микронных размеров и где создается плазма. Под действием электронного поля в невесомости из хаоса рождается идеальная кристаллическая структура. Наблюдение за частицами ведется с помощью специальных лазеров.

Ученых, работающих над этой программой, и космонавтов такой результат не удивляет. Эксперимент был начат еще на российской станции «Мир» и проводился в обычной стеклянной колбе. Тогда, изучая первые результаты, эксперты на Земле говорили: «Не бывает такого состояния вещества». Теперь это доказывать не надо. Сегодня речь идет уже о практическом применении этого открытия.

Есть идея создания мощной ядерной батареи для спутников связи, которая будет работать более 30-ти лет. Ученые также рассчитывают создать «пылесос» для удаления радиоактивных выбросов при авариях различного рода.

«Основной проблемой Чернобыля была пыль. Её надо было собрать. Заряженную пыль можно собрать из объема электрическим полем, поэтому на жаргоне это называется «пылесос», - рассказывает академик РАН Владимир Фортов.

Есть уже и реализованные идеи: на основе исследований созданы новые лазеры и специальные установки, которые используются в стоматологии для борьбы с кариесом, а также идеальные полупроводники для микроэлектроники. К тому же в космосе из алмазной пыли «выпекают» огромные кристаллы, непохожие на земные. «Расстояние между частями кристаллов в десятки тысяч раз больше, чем в твердом теле, - говорит академик Фортов. - Это значит, что можно увидеть все процессы, которые происходят в теле своими глазами. Вам не нужно рентгеновское излучение».

COMPUTERRA:
Исследования по программе "Плазменный кристалл" будут продолжены

Проведение на МКС этого уникального эксперимента
"http://rian.ru/technology/20050208/22323428.html " target="_blank"
обходится примерно в миллион евро в год, его финансирование
осуществляется пополам Германией и Россией. Несмотря на большую
стоимость эксперимента, ученые уверены в его необходимости, так как
полученные результаты позволят создать компактные источники питания с
очень большим сроком работы, а также новые системы очистки веществ.

По словам Фортова на основе исследований по проекту "Плазменный
кристалл" будет создана ядерная батарея со сроком службы 30-40 лет и
мощностью 10-20 кВт с коэффициентом полезного действия около 30%, в
осуществлении этого проекта примет участие Курчатовский институт. В
настоящее время уже удалось сконструировать отдельные элементы ядерной
батареи будущего, и сейчас решается задача по объединению их в единое
целое.
http://computerra-info.msk.ru/fido7.ru.computerra/8449.html

Академики освистали министра
Андрей Кондрашов

…Академик Фортов. Он объясняет президенту Путину принцип действия электромагнитного оружия, над ним работали годы, и оно теперь есть. В этом же институте изучают пылевую плазму, она заполняет межзвездное пространство. Через 10 лет исследований плазмой научились управлять. Еще лет через десять возможен переворот в мировой энергетике. Или уже невозможен, вдруг осекается ученый. Многое теперь зависит не от приборов.
http://www.websib.ru/noos/economy/news/05-06-03i.htm

Экстремальный Фортов
Почему наши "плохие" идеи буквально рвут на Западе, а здесь они никому не нужны?
Юрий Медведев
Дата публикации 8 февраля 2005 г.

РГ Сегодня министр науки Германии открывает в Москве российско-германский исследовательский центр по физике плазмы, где представлены работы вашего института. В чем их суть?

Фортов Придется вспомнить школу. Из курса физики известны четыре состояния вещества: твердое, жидкое, газообразное и плазма. Переход к каждому следующему состоянию сопровождается все большим нагревом и потерей упорядоченности в структуре вещества. В свое время Нобелевский лауреат Вигнер выдвинул идею, что плазму можно "заморозить". Похожую возможность рассматривали наши великие теоретики Ландау и Зельдович. Указали и путь: энергия взаимодействия частиц в плазме должна быть больше ее температуры. Но как это сделать конкретно, классики не объяснили.
В последнее время такой способ удалось найти. В плазму мы вводим частицы пыли. При определенных условиях на них накапливается огромный заряд. Он и обеспечивает такую энергию взаимодействия частиц, что пылинки выстраиваются в кристаллы. Получается своего рода "замороженная" плазма.

РГ А почему эксперименты идут в космосе, на МКС?

“Нет” цифровому расслоению в России!
Д. В.

Так сказали участники первого в России Международного семинара “Проблемы преодоления цифрового неравенства в России и странах СНГ”. Он состоялся 28 ноября в пресс-центре Дома Правительства РФ. Дистанционно в семинаре участвовали заинтересованные лица из Челябинска, Томска, Перми и других крупных городов страны.

Все заявленные докладчики, на удивление, явились как один, но не все смогли выступить из-за недостатка времени. Однако организаторы, в первую очередь Департамент правительственной информации Аппарата Правительства РФ, пообещали выпустить сборник всех подготовленных докладов (информацию о сборнике можно получить по адресам [email protected] или [email protected].

Предложенные участникам темы для обсуждения звучали довольно заковыристо:

Определение понятия “цифрового неравенства” (“цифровой разрыв”);

Национальное измерение цифрового неравенства;

Оценка ситуации и тенденции в глобальном масштабе;

Экономические, политические, правовые, социальные, технологические, культурные, образовательные и иные аспекты проблемы;

Место и роль государства в решении проблем цифрового неравенства;

Институты гражданского общества и бизнес в контексте глобальных и национальных информационных процессов;

Международные и национальные инициативы, проекты, решения, опыт.

Академик Владимир Фортов убеждал собравшихся в том, что в России ведутся фундаментальные исследования по квантовым компьютерам, квантовой телепортации и другим новым физическим способам производства вычислений и передачи информации. Очень сильны мы, по его словам, в области электромагнитных излучателей - боевого оружия информационных войн. Другое наше преимущество перед известно кем - замечательная система высшего образования, особенно физико-математического. Так, например, теорию функций комплексных переменных академик сдавал на втором курсе МФТИ. И каково же было его удивление, когда он посетил американские университеты и узнал, что там эту теорию изучают только аспиранты. Интересно, а что же тогда изучают наши аспиранты?

На вопросы анкеты "Вчера, сегодня, завтра" (см. "Наука и жизнь" №№ 9, 12, 2004 г.; №№ 1, 2, 3, 2005 г.) отвечают известные ученые - авторы "Науки и жизни".

1. Охарактеризуйте, пожалуйста, состояние области науки, в которой вы работаете, каким оно было примерно 20 лет назад? Какие тогда проводились исследования, какие научные результаты явились самыми значительными? Какие из них не потеряли актуальности на сегодняшний день (что осталось в фундаменте здания современной науки)?

2. Охарактеризуйте сегодняшнее состояние той области науки и техники, в которой вы трудитесь. Какие работы последних лет вы считаете самыми главными, имеющими принципиальное значение?

3. На какие рубежи выйдет ваша область науки через 20 лет? Какие кардинальные проблемы, по-вашему, могут быть решены, какие задачи будут волновать исследователей в конце первой четверти XXI века?
В ФИЗИКЕ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ МЫ ВСЁ ЕЩЁ ЛИДЕРЫ
Академик В. ФОРТОВ, директор Института теплофизики экстремальных состояний Российской академии наук.

Мы занимаем ведущие позиции по изучению кулоновского упорядочения в сильнонеидеальной пылевой плазме. Реализованы условия кулоновского "замерзания" и получены плазменные жидкости и кристаллы. Ведутся масштабные работы по термическим, электроразрядным, ядерным, пучковым и оптическим способам генерации пылевой плазмы, включая опыты на Международной космической станции.

Исследователи из научной школы академиков А. В. Гапонова-Грехова и Г. А. Месяца получили пионерские результаты по генерации рекордно высоких (мультигигаваттных) мощностей СВЧ-излучения и предложили интереснейшие практические приложения этих устройств.

Говоря о теоретических работах, я бы отметил распространение численных методов Монте-Карло и молекулярной динамики на описание квантовых явлений. Появились весьма совершенные методы расчета нестационарных газодинамических явлений в плотных плазменных средах.

Я надеюсь, что период стагнации нашей науки закончится, и уверен, что через 20 лет физика экстремальных состояний не потеряет актуальности. Ведь речь идет о понимании наиболее общих, фундаментальных процессов в природе и науке, об основах энерготехнологий.

В недалеком будущем, по-видимому, удастся зарегистрировать термодинамические проявления фазовых переходов в сильносжатой неидеальной плазме.

Мощные фемтосекундные и аттосекундные лазеры позволят продвинуться по шкале давлений в ультрамегабарный _ гигабарный диапазон, где можно будет увидеть экспериментальные проявления "оболочечных" эффектов, новые фазовые трансформации вещества, изучать кинетику сверхбыстрых и атермических фазовых переходов и механику высокоскоростного деформирования, разрушения и плавления при отрицательных давлениях. У экспериментаторов появятся устройства для генерации ультравысоких концентраций энергии, что даст возможность изучать релятивистскую плазму, спонтанное рождение электрон-позитронных пар, гигагауссные магнитные поля, строить плазменные ускорители, исследовать ядерные реакции в пучках горячей плазмы и многие другие явления, которые мы сейчас даже не можем себе представить.

Легендарный эксперимент, начавшийся еще на советской орбитальной станции "Мир", продолжен на МКС с новым оборудованием. Уникальный прибор, который недавно был доставлен на борт космической станции, - это устройство дополнительного регулятора расхода газа. Он даст возможность получать более точные результаты в ходе эксперимента по изучению плазмы и повысит его чистоту. Данные о том, что представляет собой пылевая плазма, позволят получить ранее неизвестные сведения о Вселенной, создать компактные энергетические батареи и лазеры, разработать новую технологию выращивания алмазов, а также послужить основой для развития плазменной медицины.

Любое вещество может пребывать в четырех фазовых состояниях - твердом, жидком, газообразном и плазменном. Плазма - это более 99% видимой массы Вселенной, начиная со звезд и заканчивая межзвездным газом. Плазма, содержащая частицы пыли, весьма распространена в космосе - это планетарные кольца, хвосты комет, межзвездные облака.

Исследование плазмы с микрочастицами размером несколько микронов (пылевые частицы) и наблюдение за ее поведением в условиях микрогравитации, при которой происходит почти полная компенсация веса микрочастиц, идут уже более двух десятков лет. Еще в январе 1998 года на российском орбитальном комплексе "Мир" космонавты Анатолий Соловьев и Павел Виноградов проводили на установке "Плазменный кристалл-1" (ПК-1) первый эксперимент по изучению физики плазменно-пылевых структур, в том числе плазменных кристаллов и жидкостей. В августе того же года на "Мире" начали проводить исследования на аппаратуре ПК-2, состоящей из газоразрядной трубки и устройства для видеорегистрации эксперимента. В марте 2001 года Сергей Крикалев и Юрий Гидзенко провели первую сессию эксперимента на МКС на установке ПК-3, созданной совместно российскими и немецкими специалистами. Первые эксперименты на новой установке "Плазменный кристалл-4", созданной также совместно учеными из Объединенного института высоких температур (ОИВТ) РАН и Германского космического агентства (DLR), начались в июне 2015 года. В процессе исследований была выявлена необходимость усовершенствования этой установки. В июле этого года на МКС доставлено дополнительное оборудование для повышения качества эксперимента "Плазменный кристалл-4".

Цель ученых - получение и изучение плазменно-пылевых кристаллов и других упорядоченных структур в плазме. В частности, это позволяет изучать законы процессов, происходящих в протозвездах, протопланетарных кольцах и других небесных телах. В ходе экспериментов микроскопические частицы определенного размера (диаметром несколько микрометров) вводятся в неоновую или аргоновую плазму в газоразрядной трубке. Когда микрочастицы попадают в плазму, они собирают электроны и положительные ионы, в результате чего приобретают отрицательный заряд из-за более высокой подвижности электронов. Микрочастицы отталкиваются друг от друга и формируют различные трехмерные структуры. Такие исследования невозможно проводить на Земле, так как пылевые частицы подвержены действию силы тяжести и могут формировать либо двухмерные структуры, либо сильно деформированные (сжатые) трехмерные.

Несмотря на то что за двадцатилетнюю историю исследования пылевой плазмы дали много новых интересных данных, до сих пор не удалось создать полную математическую модель поведения самоорганизующихся частиц. Новое оборудование, разработанное учеными из ОИВТ РАН и DLR, позволит проводить более чистые эксперименты за счет снижения потока газа, который образует плазму, в десятки раз. Теперь можно расширить диапазон давлений газа и получать новые знания о процессах в пылевой плазме.

Когда микрочастицы находятся в плазме, на них действует целый ряд сил. Одна из основных - электрическая, воздействующая на частицу в поле разряда. Вторая - сила ионного увлечения. Третья - трение о газ: если тело входит в атмосферу, то оно теряет скорость именно из-за него, - рассказал "Известиям" старший научный сотрудник ОИВТ РАН Андрей Липаев. - Соответственно, когда мы организуем режим с протоком, возникает своего рода ветер, который увлекает частицы. Прибор, который использовался первоначально для перекрывания потока, в процессе эксплуатации в сложных условиях космического эксперимента стал давать значительную утечку газа, и частицы просто уносило потоком.

Для решения этой проблемы специалисты ОИВТ РАН и DLR разработали дополнительное устройство, которое позволяет полноценно управлять потоком газа с помощью внешнего регулятора давления и двух дополнительных клапанов. Так можно достичь стабильного положения частиц. В результате у ученых появилась возможность в полной мере контролировать условия эксперимента.

Можно сказать, что до сих пор мы просто не могли получить необходимый контроль над потоком газа и, следовательно, качественные результаты. Раньше работать с частицами размером менее 3 микрон попросту было невозможно. Между тем именно частицы размером около 1 микрона интересны с точки зрения изучения таких процессов, как, например, формирование структур, - отметил Андрей Липаев.

Новое оборудование уже установлено на МКС, с борта передается картинка в Центр управления полетами. Сотрудники ОИВТ РАН получают телеметрию и видео эксперимента, также работают звуковые каналы связи с бортом МКС - можно слышать, как проходят переговоры. Новый многодневный эксперимент с использованием дополнительного оборудования по изучению пылевых частиц в плазме недавно был завершен и оправдал ожидания. Теперь ученые будут проводить подробный анализ его результатов.

Как сообщил "Известиям" директор ОИВТ РАН Олег Петров, полученные в ходе эксперимента данные помогут понять суть процессов самоорганизации.

Исследуемая нами система является открытой диссипативной системой: есть постоянный приток энергии и постоянный ее отток. Такие системы характерны для всех живых организмов. Что происходит с этой системой, какие в ней есть явления самоорганизации? Все это можно и нужно исследовать, - отметил Олег Петров.

Данные о том, что представляет собой пылевая плазма, могут принести большую практическую пользу: они позволят, в частности, создать новые компактные энергетические батареи и лазеры и разработать технологию выращивания алмазов в условиях микрогравитации. Также данные, поступающие с борта МКС, важны для развития плазменной медицины, суть которой в том, что низкотемпературная плазма может инициировать, стимулировать и контролировать сложные биохимические процессы в живых системах.

Эксперимент ПК-4 проводится при поддержке "Роскосмоса" и Европейского космического агентства.

Дело о т.н. «плазменном кристалле» академика Владимира Фортова

Предмет обсуждения:
Проект «Плазменный кристалл» (плазменно-пылевые кристаллы в условиях микрогравитации), действительные и мнимые перспективы его применения, обстоятельства, связанные с «плазменным кристаллом».

Материалы можно найти в темах:
«Афера: вакуумный Клондайк академии наук»,
«Вниманию комитета МЕГАБРИТВА. Обсуждаем поля кручения, наномиры, плазменные кристаллы, суперструны»,
«Цитатник по плазменному кристаллу академика Фортова»).

Краткое популярное описание проекта «плазменный кристалл»:
«Если у меня есть плазма, стандартная, кондовая, обыкновенная, к примеру, как в той же лампе дневного света, и в нее насыплю пыли, то каждая пылинка зарядится до потенциала один-два электрон-вольта. Пылинки начнут взаимодействовать... и я получаю в лабораторных условиях те самые процессы, что идут в звездах» (академик Владимир Фортов. Интервью «парламентской газете», № 790 за 8/23/01 Рубрика: сенсации XXI века Кристаллы из космоса)

Краткий перечень обещаний, по проекту «плазменный кристалл»
А) Создание ядерной батареи нового поколения
Б) Изготовление алмазов чистой воды размером несколько сантиметров
В) Производство лекарственных препаратов высокой степени очистки
Г) Проведение высокоэффективного химического катализа
Д) Ликвидация радиоактивных выбросов при ядерных катастрофах
Е) Создание двигателя нового типа для межзвездных полетов

Описание экспериментов:
«НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА РОССИЙСКОМ СЕГМЕНТЕ
ТЕХНИЧЕСКИЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ И ИССЛЕДОВАНИЯ
ЭКСПЕРИМЕНТ "ПЛАЗМЕННЫЙ КРИСТАЛЛ"
Научный руководитель: академик РАН В.Е. Фортов

Используемая научная аппаратура:
Аппаратура "Плазменный кристалл-3":
Экспериментальный блок.
- Частота разряда формируемой плазмы - 13,56 МГц
- Давление газа в рабочей камере - 0,03 - 0,1 мм рт. ст.
- Плотность монодисперсных частиц - 1,5 г/куб.см
- Размеры пылевых частиц - 3,4 и 6,9 мкм
Турбонасос;
Аппаратура "Телесайенс" для управления процессом и регистрации результатов эксперимента.

Расходуемые материалы:
Видеокассеты Hi-8 для записи процесса формирования плазменно-пылевых структур;
Карта PCMCIA для записи параметров проведения эксперимента (давления газа, мощности ВЧ-излучения, размеров пылевых частиц и др.).

Цель:
Этап 1а. Исследование плазменно-пылевых структур в газоразрядной плазме высокочастотного емкостного разряда.
Этап 1б. Исследование плазменно-пылевых структур в плазме тлеющего разряда постоянного тока.
Этап 2. Исследование воздействия УФ-спектра космического излучения на поведение ансамбля макрочастиц, заряжающихся путем фотоэмиссии.
Этап 3. Исследование плазменно-пылевых структур в условиях открытого космоса при воздействии УФ-излучения Солнца, плазменных потоков и ионизирующих излучений.

Задачи:
Изучение физических явлений в плазменно-пылевых кристаллах при различных уровнях давления инертного газа и мощности ВЧ - генератора в условиях микрогравитации
Ожидаемые результаты:
Разработка технологии формирования и контроля упорядоченных структур заряженных твердых пылевых микрочастиц в плазме»
(по официальному сообщению РКК «Энергия»)

ИНФОРМАЦИЯ ДЛЯ УЧАСТНИКОВ ОБСУЖДЕНИЯ

Правила обсуждения
1. Сообщения размещаются исключительно по обсуждаемой теме и с приведением содержательных аргументов.
2. В случае, если аргументы находятся в материале по ссылке - приводится часть текста, находящегося по ссылке, либо аннотация, с четким объяснением того, какое отношение данный текст имеет к обсуждаемой теме.
3. Вопросы задаваются только по существу представленных аргументов.
4. Модераторы не будут допускать никаких отклонений от правил. Все сообщения, не соответствующие правилам, будут удаляться из темы и перемещаться в отдельную папку.

Секретариат комитета Мегабритва