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