Молодые ученые: физик Антон Мироненко-Маренков

Антон Мироненко-Маренков рассказывает о будущем энергетики и экологичных источниках энергии, фотографирует птиц и знает, как сочетать рациональное познание с творческим взглядом на мир. Новый герой в рубрике T&P о молодых ученых.

Где учился: мехмат МГУ (2010), кафедра вычислительной математики, аспирантура.
Что изучает: физика плазмы.

Я работаю в НИЦ «Курчатовский институт», в отделе физики плазмы института физики токамаков. После мехмата я поступил в Курчатовский институт в аспирантуру. А пока учился на 5 курсе, уже делал для них одну работу — о генерации нейтронов в Z-пинчах. Через лето у меня защита, и я, в целом, представляю себе структуру диссертации, и материала хватает.

Я занимаюсь физикой плазмы. Обычно плазмой считается только такой ионизованный газ, в котором заряды не могут существенно разделяться, то есть в котором электрического притяжения между ионами и электронами достаточно, чтобы удерживать их неподалеку друг от друга. Принципиальное отличие плазмы от газа заключается в том, что она состоит из заряженных частиц, которые взаимодействуют с электрическими и магнитными полями (нейтральный газ не взаимодействует), то есть по ней может течь ток.

Плазма интересна в силу существования ядерных реакций синтеза. Для их запуска требуются огромные температуры (миллионы градусов), получить которые в лабораторных условиях, не применяя плазменных технологий, едва ли возможно. Благодаря реакциям синтеза, плазменные устройства можно использовать для получения энергии и в качестве нейтронных источников. Источник нейтронов может использоваться, например, в водородных бомбах и в подкритических ядерных реакторах. Еще он может применяться для обнаружения делящихся радиоактивных веществ: посылается нейтронный импульс, и если неподалеку где-то есть уран, то в ответ он начнет делиться и даст обратную волну нейтронов.

Перспективы использования плазмы в энергетике огромны. Ядерные реакции синтеза намного чище, чем реакции деления урана и других тяжелых веществ. Конечно, у самых энергетически выгодных реакций один из продуктов — нейтроны, то есть абсолютно чистыми они не являются. Но в далекой перспективе возможно перейти на безнейтронные реакции, в которых не используется и не получается ничего радиоактивного. Другое преимущество использования ядерных реакций синтеза в том, что веществ, которые можно использовать в качестве топлива, очень много. Наиболее распространен дейтерий. Это устойчивый изотоп водорода, содержащий в ядре помимо протона еще и нейтрон — его получают просто из воды. По сравнению с нынешними реакторами, это будет не только экологично, но и очень дешево.

Перспективы выглядят радужно, но, сколько времени уйдет на создание таких реакторов, неизвестно. Уже лет пятьдесят говорят, что через десять лет все будет готово. Сейчас строится международный экспериментальный термоядерный реактор ИТЭР. Это будет новый этап в исследованиях, безусловно. Но, судя по всему, получить на нем положительный энергетический выход, если и получится, то крайне небольшой и явно экономически невыгодный.

Я нахожусь не совсем в мейнстриме изучения физики плазмы. Я занимаюсь не токамаками, самыми популярными плазменными устройствами (тот же ИТЭР делается на основе токамака), а устройствами, которые называются Z-пинч. Z-пинчи отличаются от токамака прежде всего тем, что это импульсные устройства — реакция в них длится меньше микросекунды. На токамаке длительность реакции будет порядка нескольких секунд, если не больше. Z-пинч намного проще по задумке: в замкнутую камеру, состоящую из двух электродов, отделенных друг от друга изолятором (геометрия может быть весьма разнообразной!), или просто между двух электродов помещается вещество (чаще всего малоплотный газ, но иногда используется полиэтилен с высоким содержанием дейтерия или металлические проволочки). На электроды подается импульс высокого напряжения, и по веществу начинает течь ток, который создает магнитное поле. Поле сжимает вещество, и получается тонкий столбик высокотемпературной плазмы. Конструктивно это очень простое устройство, да и по размеру небольшое. Например, ВНИИА им. Духова производит нейтронные генераторы на базе плазменного фокуса (в основе которых всё тот же Z-пинч), которые дают весьма мощный нейтронный импульс. Камера с газом у них размером с кулак, энергетическая установка — с чемодан. А находящийся в Курчатовском институте уже довольно старый токамак Т-10 занимает большой зал. Самые современные токамаки я вживую не видел, но полагаю, они еще крупнее — из-за более мощной энергетической системы и мороки со сверхпроводниками и их охлаждением.

На рисунках изображено, что происходит в плазменном фокусе. Это — разрез цилиндрически-симметрического объекта (то есть нужно мысленно прокрутить изображение вокруг центральной горизонтальной линии). Рыжим цветом обозначен катод, коричневым — анод, зеленым — изолятор. Оттенки голубого (от белого до черного) обозначают плотность плазмы в данной точке (чем темнее, тем больше плотность, белый цвет — это вакуум). Ток течет в наиболее плотных областях плазмы (из рисунков это никак не следует, но можете поверить мне на слово). На скриншотах — последовательные моменты времени в течение разряда.

Я — теоретик-расчетчик, численно (то есть приближенно) решаю уравнения, описывающие те или иные процессы в плазме. Уравнения сложные, решить их аналитически (то есть абсолютно точно) невозможно, поэтому расчетчики очень востребованы. Мир вообще, на мой взгляд, описать правильно нельзя — можно лишь приблизительно. И особенно это касается таких сложных областей, как поведение плазмы. Там расхождение между реальностью и теми уравнениями, которыми мы ее описываем, может оказаться большим, чем расхождение между точным и приближенным решением этих уравнений. Вот и получается, что самое интересное в моей работе — это когда написанная программа по обсчету разработанной модели процессов выдает какой-нибудь неожиданный результат. И нужно понять, это ошибка в программе, в методе приближенного решения уравнений, в модели процесса или в общепринятом понимании этого процесса.

Меня часто спрашивают, хочу ли я уехать за границу. Почему-то всем это кажется само собой разумеющимся — раз ученый, значит, должен хотеть за границу. Точно так же, пока я учился на мехмате, все считали само собой разумеющимся, что я должен мечтать о работе в банке. Да, с таким образованием, как у меня, можно зарабатывать хорошие деньги, если работать в какой-нибудь другой области или в какой-нибудь другой стране. Но оба варианта в моем случае исключены, так как ради денег пришлось бы пожертвовать чем-то существенно более важным. За границей моя область представлена на слабом уровне. У них есть большие вычислительные мощности, они могут многое посчитать, но сами зачастую не могут понять, что они посчитали! Интерпретации к расчетам во многих случаях абсолютно стереотипны и не имеют никакого отношения к тому, что и как посчитано. У нас же люди думать еще не разучились, что не может не радовать. Разумеется, это точка зрения теоретика-расчетчика, которому для работы нужны только бумага, ручка и компьютер. Экспериментаторам гораздо сложнее: установки в России давно устарели, финансирования на их эксплуатацию едва хватает.

Вообще, финансирование — это основная проблема российских ученых. Зарплаты нищенские, и ни у кого нет уверенности, что они не будут дальше уменьшаться. Настроения такие, что кто-то из моего отдела как-то раз иронично заметил, что скоро с нас станут взимать плату за возможность приходить на работу. Так что вопрос, на что жить, весьма актуален, и удовлетворительного ответа на него я для себя пока не нашел.

Я люблю птиц, особенно хищных. В детстве я гулял на даче, и в какой-то момент у меня над головой с громким пронзительным клекотом пролетел сокол. То, что мне случилось целое мгновение находиться всего в нескольких метрах от сокола, я посчитал сказочным везением. Сокол в моих глазах был очень редкой и прямо-таки волшебной птицей. Когда спустя несколько лет я услышал крики сокола в Москве, я не поверил своим ушам, думал, путаю с кем-то другим. В том, что соколы тут живут, я убедился, когда поступил в МГУ. Проходя мимо физфака, я неоднократно наблюдал, как сокол вылетал из небольшого круглого окна под самой крышей, кружил неподалеку, залетал обратно, а я стоял и смотрел, запрокинув голову, забыв, что опаздываю на занятия. С тех пор часто вижу соколов в городе — стоило поверить в чудеса, и они начали случаться! И всякий раз в таких встречах есть что-то магическое — то, что Карл Густав Юнг назвал синхронистичностью. Фотографировать диких хищных птиц — это моя мечта. Я не представляю, как ее реализовать в Москве, где встречи с хищниками носят абсолютно случайный характер.

В последнее время я увлекся идеями психолога и мыслителя Карла Густава Юнга и начал учиться юнгианской психотерапии. Юнга многие современники обвиняли в мистицизме, до сих пор некоторые с подозрением относятся к его работам. Это неудивительно, потому что Юнг изучал душу в ее полноте, не ограничиваясь рациональными теориями, как, например, Фрейд. Юнг показал, что процессы, протекающие в глубинах души, не похожи на то, с чем привык иметь дело наш разум. Основное послание, которое Юнг пытался донести до нас, можно выразить так: «Люди, смотрите, у вас есть душа!» Говорят, что поэты лучше поняли Юнга, чем ученые, и это неудивительно.