Энергия из вибраций: ученые открыли новый источник

Ученые из Университета Буффало разработали математическую модель, которая может лечь в основу технологии, превращающей вибрацию автодорог, взлетно-посадочных полос, шум аэропорта и другой "мусор" в полезную энергию.

Концепция нового энергогенератора заключается в создании гранулированного материала, состоящего из цепочки частиц одинакового размера.

Ученым удалось рассчитать форму гранулы материала, которая оптимально и эффективно проводит вибрацию. В обычных условиях частицы идеальной сферической формы распространяют энергию на расстояние от 3 до 5 своих диаметров, в соответствии с законом Герца. Однако если сделать форму поверхности каждой частицы, в месте, где она соприкасается с соседней, другой, можно изменить параметры распространения энергии. И хотя экспериментально это открытие еще не подтверждено, но математические расчеты показывают, что оно имеет большой потенциал.

Из гранул такой формы можно создать провода, эффективно проводящие вибрацию

Настаивая параметры частиц, можно собирать рассеянную вибрацию и сводить ее в одну точку. В частности можно создать материалы, эффективно распространяющие вибрацию в нужном направлении, т.е. создать настраиваемый энергетический канал, способный проводить "мусорную" энергию в нужном направлении, например к пьезоэлектрическому генератору. Это позволит пустить на пользу вредные вибрации и шум, а также снизить звуковое загрязнение в цехах заводов, вблизи аэропортов и т.д.

Кроме того, специальные, проводящие вибрацию гранулы могут интегрироваться в цепи микросхем. Такие микрочипы не будут нуждаться в питании, поскольку будут получать электричество из колебаний окружающей среды. Это исключительно полезное качество наверняка найдет применение в различных датчиках систем безопасности и для проверки целостности зданий.

боевой авиалазер

Оборонное научное агентство DARPA подписало контракт с компанией General Atomics на разработку боевого высокоэнергетического лазера HELLADS, предназначенного для установки на самолеты.

Контракт является следующим шагом в создании авиационного лазера, который следует за состоявшимся успешным испытанием вспомогательного оборудования. В соответствии с новым контрактом будет создан 150-киловаттный боевой твердотельный лазер с жидкостным поточным охлаждением.

Масса авиационного лазера HELLADS не превысит 2000 кг, что позволит устанавливать его на различные военные платформы: сторожевые корабли, истребители, разведывательные самолеты, боевые бронированные машины и, возможно, даже беспилотные летательные аппараты. В настоящее время компания General Atomics успешно завершила разработку и испытания прототипа энергосистемы и системы отвода тепла, подтвердив тем самым, что вспомогательное оборудование нового оружия уже готово.

Модуль с лазером HELLADS можно будет установить на большинство боевых реактивных самолетов с достаточной грузоподъемностью

Первое полевое испытание HELLADS со 150-кВт лазером, источником питания, системами охлаждения и управления огнем запланировано на 2013 год и пройдет на полигоне White Sands на юге Нью-Мексико. После завершения серии эксплуатационных и огневых тестов боевой лазер будет интегрирован в комплекс вооружения сверхзвукового бомбардировщика B-1B.

Лазер HELLADS позволит самолетам вести высокоточный огонь по широкому спектру целей, от ракет, до пехоты противника, минимизируя побочный ущерб при действии в густонаселенных районах.

климатическое оружие

В новостях мы постоянно видим репортажи о мощных ураганах, бедственных наводнениях, масштабных засухах и других разрушительных природных явлениях. И все чаще, в основном в рамках различных теорий заговоров, раздаются реплики о том, что эти стихийные бедствия - результат применения нового вида оружия - климатического.

Под климатическим, или как его еще называют геофизическим, оружием понимают технологии воздействия на то или иное природное явление. На современном этапе это в основном способы управления движением воздушных масс, количеством осадков, колебаниями земной коры и другими факторами окружающей среды. Вопрос в том, какие технологии геофизического оружия в реальности существуют и как их можно использовать для достижения тех или иных военно-политических целей.

Вода и ветер

Тропические штормы стали настоящим бедствием для США. А так как в этой стране наблюдается устойчивая тенденция переселения людей на побережье, то и ущерб от ураганов с каждым годом растет. Рекордсменом стал ураган "Катрина" в 2005 году, который обошелся американской казне в 41 млрд долл., что, например, для любой страны Южной Америки стало бы катастрофической финансовой потерей, существенно снижающей экономический и военный потенциал.

Правительство США, осознавая серьезность проблемы, инициировало начало работы по управлению ураганами давно – с 1960-х годов - и изначально они были направлены исключительно в мирное русло: на защиту побережья от стихии.

В 1962 году американские ученые приступили к проекту Stormfury. В рамках этого проекта впервые в мире были проведены масштабные эксперименты по засеванию облаков йодидом серебра, который должен был превратить набирающий силу ураган в безобидный дождик.

Проект STORMFURY имел определенный успех, хотя так и не смог решить задачу управления ураганами

Эксперименты шли с переменным успехом: ученые констатировали, что сила ветра сокращается на 10-30%, в то же время велико количество случаев, когда засевание облаков не возымело никакого воздействия на ураган. Можно говорить о том, что в целом проект по остановке ураганов потерпел неудачу, хотя и проработал до 1983 года. Но одного исследователи смогли добиться: они нашли надежный способ вызывать дождь. И результаты их работы были немедленно использованы творческими американскими военными, которые вели тяжелую войну во Вьетнаме.

С 1967 по 1972 годы армия США проводила операцию Popeye по засеву облаков йодидом серебра. Целью этой военной операции было затруднение действий повстанцев и ликвидация тропы Хо Ши Мина - ее должно было попросту смыть водой. Первое испытание йодида серебра в районе плато Боловен в долине реки Си Конг имело успех: обработанное облако пересекло  границу Вьетнама, и на лагерь американского спецназа за четыре часа выпало 23 см осадков. В результате операции Popeye сезон дождей в районе распыления увеличился с 30 до 45 дней, а количество суточных осадков выросло на треть. Воздушная разведка свидетельствовала о затрудненном передвижении по дорогам, солдаты отмечали, что почва превратилась в сплошное море грязи.

Необходимо отметить, что для достижения таких результатов потребовалось всего три транспортных самолета С-130 и 2 истребителя прикрытия F-4C. Кроме того, несмотря на категорические опровержения Пентагона, многие эксперты полагают, что проект  Popeye  был причиной катастрофического наводнения в Северном Вьетнаме, которое произошло в 1971 году и охватило более 10% территории страны.

Проект Popeye – первое в современной истории известное использование климатического оружия. Самолеты С-130, груженые йодидом серебра, ничем не отличаются от обычных транспортных самолетов

Надо заметить, что политические осложнения не остановили американских военных. На возможное международное осуждение манипуляций климатом министр обороны тех лет Роберт С. Макнамара отвечал, что такие заявления в прошлом применялись для предотвращения военной деятельности в интересах национальной безопасности США, то есть это только слова недоброжелателей, которые хотят помешать американцам защищать свои интересы. Заметим, что правительство Лаоса (над этой страной происходило распыление йодида серебра), даже не было извещено об  экспериментах с климатом. С уходом американцев из Вьетнама эксперименты над тропическими тайфунами не прекратились: в 1980-х этим занимались уже советские самолеты.

В настоящее время созданы и используются современные, более совершенные реагенты, способные провоцировать выпадение осадков. Так, порошок Dyn-O-Gel компании Dyn-O-Mat  способен поглощать огромное количество влаги (в 2 тыс. раз больше своего веса), превращаясь в клейкий гель. К сожалению, порошок провалил опыты по предупреждению ураганов: выпадение дождя в зарождающемся торнадо вызывало колебания скорости ветра на считанные метры в секунду. Но зато Dyn-O-Gel способен вызывать мощные ливни, затапливая одни районы и вызывая сильную засуху в других. Правда для этого требуется много порошка: если требуется пролить 2 см дождя на площадь 1 кв. км (20 тыс. тонн воды), нужно применить  10 тонн порошка. То есть, для ликвидации урагана 20×20 км понадобится почти 38 тыс. тонн порошка. Это огромная цифра:  тяжелым транспортным самолетам C-5A грузоподъемностью 100 т придется за короткое время сделать 377 вылетов, что практически невозможно даже с американскими авиапарком и бюджетом.

Однако следует констатировать, что создание локальной засухи или затяжных дождей возможно, более того, это можно делать скрытно или с территории сопредельного государства. Таким образом, противнику наносится тяжелый экономический ущерб или делается невозможным ведение сельского хозяйства в приграничных регионах. Проблема осложняется еще и тем, что перед манипуляциями с осадками уязвимы абсолютно все страны, особенно такие, как Китай, где подавляющая часть продуктов питания выращивается в нескольких относительно небольших по площади провинциях.

И хоть реальность "диверсионного" распыления веществ вроде йодида серебра, Dyn-O-Gel или практически незаметных нанодисперсных порошков остается под вопросом, никаких существенных препятствий, кроме наличия политической воли для этого нет. Теоретически, любой самолет, пролетающий над территорией суверенного государства, способен влиять на климат (оборудование для распыления незаметно, транзитные беспосадочные рейсы не проверяются) и обнаружить факт распыления крайне сложно.

В настоящее время достоверных сведений о применении этого вида климатического оружия нет, кроме операции Popeye, рассекреченной досужим американским журналистом. Тем не менее, скандалы по поводу возможного применения реагентов, провоцирующих осадки, периодически случаются: тысячи фермеров из засушливых регионов по всему миру  всматриваются в небо и периодически видят подозрительные следы, тянущиеся за самолетами.

Ущерб экономике и вооруженным силам противника могут наносить не только осадки, но и мощные ураганные ветры. Сильный ветер разрушает инфраструктуру, делает невозможным применение армейской авиации, затрудняет использование тактических ракет и сковывает действия наземных сил. Но может ли ураган стать первым этапом, например, вторжения на побережье враждебного государства?

Американский ученый Моше Аламаро (Moshe Alamaro) из Массачусетского технологического университета утверждает, что существуют технологии управления ураганами.  Суть заключается в искусственном регулировании температуры на различных участках зарождающегося торнадо. Управление движением осуществляется адресным нагревом или охлаждением определенных участков с помощью засеивания сажей, испарением воды, облучением микроволнами, лазером и тому подобного.По мнению ученого, отличным способом воздействия на ветер будет большое морское судно, оснащенное двумя десятками реактивных двигателей,   которые создают мощный восходящий поток воздуха. Всего через несколько часов работы двигатели начинают формировать торнадо, и оно послушно следует за судном. На практике оснастить корабль подобным "торнадогенератором" несложно.

Цунами-бомба

Последние события в Японии и мощное цунами в Индонезии в 2004 году заставляют задуматься: можно ли вызвать такие катастрофические явления искусственно? 10 лет назад достоянием общественности стал секретный американский проект Project Seal (1944-1945 годы).  Эта военная программа под научным руководством профессора Томаса Лича (Thomas Leech) предполагала подрыв на морском дне большого количества взрывчатых веществ, что должно было вызвать локальное цунами, смывающее постройки на побережье противника.

Фрагменты фотоотчетов по проекту Project Seal, который был попыткой создать оружие, вызывающее цунами. Аналогичные разработки с применением ядерного оружия предлагал академик Андрей Сахаров

Испытания малой мощности проводились в Тихом океане, вблизи полуострова Вангапараоа (Новая Зеландия). Участники эксперимента считали их успешными, однако до сих пор неизвестно, чем на самом деле закончился этот проект. Позже также проводились многочисленные морские испытания мощных атомных бомб, которые больше подходят для создания гигантских волн. Есть сведения, что самого Томаса Лича планировали отправить к месту проведения ядерных испытаний на атолле Бикини, с целью сбора информации полезной для проекта цунами-бомбы. Насколько известно, он в этих испытаниях не участвовал.

Но вернемся к сегодняшним событиям и зададимся вопросом, можно ли связать недавние разрушительные цунами с использованием атомных цунами-бомб? На поверку оказывается, что доказать факт подводного ядерного взрыва, который  к тому же происходит на фоне сильного землетрясения, крайне сложно,  а обвинение в убийстве десятков тысяч людей требует серьезных доказательств.

Следует также сказать, что развитых стран, уязвимых для цунами-бомб, не так уж много, и среди них Великобритания, Япония. Но более всего уязвимы США.

Удар из ионосферы

Ионосферой называют часть верхних слоев атмосферы Земли, расположенную на высоте от 50 км. Она содержит большое количество ионов и свободных электронов, которые защищают нас от космического излучения. Влияние ионосферы на климат Земли до конца не изучено, но предполагается, что оно значительно.

Воздействие на ионосферу с целью создания разрушительных природных явлений является наиболее противоречивой и самой обсуждаемой частью истории геофизического оружия.

Дебаты усугубляются тем, что два инструмента воздействия на ионосферу широко известны:  высокочастотный российский излучатель СУРА и аналогичный, но более крупный американский комплекс  HAARP.

Изначально  обе установки строились как экспериментальные стенды для изучения возможностей воздействия на ионосферу с целью нарушения радиосвязи, перехвата баллистических ракет и других летательных аппаратов.  Установки типа HAARP и СУРА с помощью высокочастотного излучения могут нагревать определенный участок ионосферы и создавать плазмоид – плазменный сгусток, состоящий из магнитных полей и плазмы.

Плазмоид обладает большой энергией, он потенциально способен разрушать электронику, а также отражать радиоизлучение. Таким образом, с помощью установок типа HAARP можно создать гигантскую радиолинзу, отражающую радиолуч в выбранном направлении  или наоборот – поглощающую его.

Фактически установка позволяет проецировать электромагнитное излучение в любую точку планеты. Мощность излучения остается загадкой. Считается, что установка HAARP на Аляске способна выдавать до 3,6 МВт, а СУРА – 750 кВт. Однако  есть мнение, что США возвели подобные установки в других регионах: Австралии, Гренландии, Норвегии и Азии.

Различных слухов и мифов вокруг HAARP множество. Любители теорий заговоров полагают, что установка способна вызывать землетрясения, излучая некие "резонансные" волны, которые провоцируют подвижки земной коры. Есть мнения, что излучение HAARP может даже вызывать панику и умопомешательство тысяч людей. В качестве "примеров" приводятся многочисленные землетрясения в разных уголках Земли, народные бунты и военные перевороты. Написаны книги о том, как США и СССР (а впоследствии и Россия) обменивались "геофизическими ударами" и эта климатическая война продолжается до сих пор. Но все эти "свидетельства", подкрепляемые фотографиями необычных облаков, крупных градин, странных молний и цветных дождей, обычно объясняются обыденными атмосферными явлениями или результатом промышленной деятельности.

Антенны HAARP могут создавать в небе плазмоиды, "засвечивающие" радары, и даже вызывать северное сияние

Решить спор, являются ли HAARP и СУРА оружием, может ответ на вопрос: способна ли малая энергия этих высокочастотных излучателей запустить процессы мощных природных катаклизмов? Большинство ученых, изучающих атмосферные явления, в этом сомневаются. Достаточно вспомнить, что Солнце ежедневно обрушивает на ионосферу на порядки большее количество энергии, а атомные взрывы за секунду направляют в земную кору мощь, не сопоставимую с излучением даже тысяч антенн HAARP.

Многочисленные эксперименты, проведенные на ионосферных нагревателях в Аресибо  и на других установках, показали, что невозможно вызвать длительные  изменения в ионосфере – все возмущения, внесенные человеком, затухают  в течение нескольких секунд или минут.

Кроме того, нагрев ионосферы невозможен днем, поскольку из-за  солнечного ультрафиолетового излучения D-область ионосферы (60—90 км) поглощает радиоволны, которые использует HAARP.

Разумеется, нельзя исключить военное использование установок типа HAARP и СУРА, возможно, военные работают над перспективными технологиями, позволяющими использовать нагрев ионосферы для радиоэлектронной борьбы, вывода из строя спутников, боеголовок баллистических ракет, а также для загоризонтной связи. Однако выглядит сомнительным причастность современных устройств, с энергией пускай даже и в десятки мегаватт,  к землетрясениям и цунами, которые высвобождают тысячи гигаватт ежесекундно. В перспективе нагрев ионосферы сверхмощными высокочастотными излучателями может использоваться в качестве геофизического оружия, например, как способ ослабления озонового слоя  над территорией противника или нагрева атмосферы с целью повлиять на природные процессы. Для этого необходимо точное моделирование атмосферы Земли в режиме реального времени и огромные энергетические ресурсы.

Тайное оружие

Рассуждения о геофизическом оружии редко сопровождаются демонстрацией фактов. Это закономерно - его суть в скрытности. Управление природными катастрофами теряет смысл, если оно привлекает внимание мировой общественности – в таком случае проще обойтись экономическим давлением и высокоточными ударами.

На пике активной работы по созданию геофизического оружия в 1977 году была подписана конвенция ООН "О запрещении военного и любого иного враждебного использования средств воздействия на природную среду". Ее назначение заключается в недопущении использования окружающей среды в качестве средства ведения войны,  например, провоцирование ураганов, приливных волн и т.п. Этот документ подписан ведущими странами мира и ставит геофизическое оружие в один ряд с ядерным.

Применение масштабных геофизических ударов в настоящее время вызовет не только осуждение мирового сообщества, но и серьезные ответные действия, сравнимые с реакцией на ядерное нападение. Из этого следует вывод, что "стратегическое" геофизическое оружие, которое могло бы привести к таким катастрофам, как ураган "Катрина" в 2005 году или засуха в России в 2010, либо не применяется, либо существует глобальный заговор правительств десятков стран, в том числе и в ущерб своим собственным интересам.

Последнее видится весьма маловероятным.

Однако использование геофизического оружия на ограниченной территории не только возможно, но и неизбежно. Американские военные не отказались от идеи изменения погоды на локальных театрах военных действий. Более того, соответствующие технологии планируется отработать к 2025 году. Тактические преимущества заключаются в создании низкой облачности, закрывающей летательные аппараты от наземного наблюдения, тумана, скрывающего сухопутные войска и так далее.

Проекты технологий, меняющих климат, оказались  "утянуты в тень"  щедрым военным финансированием.  Остается надеяться, что люди все-таки не лишатся права на солнечный свет, тепло, воду и воздух.

Михаил Левкевич / CNews

Что станет российским мегапроектом: реактор ПИК, сверхмощный лазер или суперколлайдер?

24 июня правительственная комиссия отобрала шесть основных претендентов на проект уровня megascience в России. Проекты такого уровня в перспективе должны развиться в крупные центры международного сотрудничества, поэтому требования к кандидатам предъявляются суровые. Какие же проекты прошли отбор?

В настоящее время задачи фундаментальной науки невозможно решить силами одной страны, они требуют огромных финансовых затрат, инновационных технических решений и высококвалифицированной рабочей силы. Большой адронный коллайдер, токамак ITER, исследования космоса и многие другие проекты уровня megascience были бы невозможны без разностороннего вклада мирового научного сообщества. Активное участие в таких международных проектах принимают и российские научные группы. Возможно, через пару лет несколько установок megascience появятся и на территории России. В правительственную комиссию по высоким технологиям и инновациям, в которую вошли ведущие ученые академики РАН и директора НИИ, поступило 28 проектов, претендующих на уровень megascience. Они были выдвинуты крупными научными центрами РАН, МГУ, СПбГУ, ОИЯИ, НИЦ "Курчатовский институт", "Росатом", а также отдельными группами ученых.

Требования, которые выдвигаются комиссией к установке такого высокого уровня, очень жесткие. Во-первых, тематика проводимых исследований должна быть интересна не только российским ученым, но и их зарубежным коллегам, а также выходить за рамки современных научных знаний. Во-вторых, при выборе победителя в расчет будет взят не только высокий уровень научной квалификации участников, но и развернутое техническое, экономическое и финансовое описание самого проекта, а также его долгосрочный характер - не менее 10 лет. Но эти требования вполне понятны и закономерны, так как стоимость одной megascience-установки будет составлять от 100 тысяч до 2 миллиардов долларов. Частичное финансирование строительства и обслуживания проектов-победителей будет осуществляться за счет правительственных мегагрантов. Размер, условия и сроки выплат грантов пока точно неизвестны, скорее всего, они будут обусловлены особенностями конкретной установки. Но реально претендовать на победу смогут только те проекты, в развитие которых готовы вложить деньги зарубежные инвесторы, ведь основная идея проекта megascience заключается в том, что каждая из мегаустановок должна в конечном итоге развиться в крупный международный центр научного сотрудничества.

Более года проводилась ревизия имеющихся на территории России крупных научных установок, а также анализ зарубежных экспериментов, в которых принимают активное участие наши ученые. По результатам этого исследования 24 июня этого года комиссия под председательством Владимира Путина отобрала шесть основных претендентов на звание установки megascience.

Электростанция будущего

Токомак (тороидальная камера с магнитными катушками) "Игнитор" - совместный проект Италии и России, нацеленный на создание прототипа термоядерной электростанции будущего. Основной задачей проекта является достижение продолжительной термоядерной реакции с положительным балансом энергии. Для этого необходимо "зажечь" (англ. ignite) плазму внутри тора и выйти на такой режим работы, когда температура, необходимая для ее горения, поддерживается за счет протекания самой реакции. По мнению основателя проекта, академика MIT Бруно Коппи, только "горение" плазмы в сильном магнитном поле сможет обеспечить коммерческое использование термоядерной энергии. Работа "Игнитора" базируется на принципе омического нагрева. Для того чтобы началась термоядерная реакция синтеза гелия, нужно нагреть смесь дейтерия и трития до температуры свыше 100 миллионов градусов. А для предотвращения разрушения элементов конструкции камеры и удержания внутри нее плазмы используется сильнейшее магнитное поле. Технология омического нагрева основана на том, что это же магнитное поле создает в плазме посредством индукции мощный ток, и она, обладая сопротивлением, нагревается. Такой метод позволит существенно уменьшить физический размер термоядерной установки. Радиус плазменного тора "Игнитора" составит всего 1,3 метра, что сделает его существенно компактнее токамака ITER, хоть по проекту он должен быть значительно мощнее своего главного конкурента.

Сравнительный масштаб токамаков ITER и "Игнитор"

Проект планируется разместить на территории ТРИНИТИ - Троицкого института инновационных и термоядерных технологий, где в советские годы был создан ТСП - токамак с сильным полем, напоминающий по конструкции "Игнитор". Работы по строительству ТСП были заморожены, но инфраструктура и коммуникации соответствуют требованиям нового проекта.

"Золотой" долгострой

Высокопоточный пучковый исследовательский реактор ПИК - один из крупнейших и самых дорогих долгостроев СССР и России в области фундаментальных и прикладных исследований. Строительство реактора началось более 30 лет назад на территории Петербургского института ядерных исследований в Гатчине, а концепция его устройства была предложена еще в конце 60-х годов. Однако после Чернобыльской аварии строительство было приостановлено в связи с повысившимися требованиями к безопасности подобных объектов. Проект реактора доработали, но из-за проблем с финансированием первая загрузка топлива состоялась только в феврале этого года, а провести первые научные исследования станет возможно только в 2013 году.

Исследовательский нейтронный реактор ПИК

В мировой науке подобные реакторы используются в качестве сверхмощных микроскопов. Нейтроны дают возможность изучать свойства материалов "прозрачных" для гамма-лучей и рентгена, поскольку они взаимодействуют не с электронными оболочками атомов, а с атомными ядрами. Нейтронные исследования открывают принципиально новые возможности в области нанотехнологий, физики твердого тела, материаловедении, химии, медицине и промышленности: лечение онкологии, изучение поведения металла в процессе облучения на АЭС, свойства высокотемпературных сверхпроводников, изотопный состав вещества и многое другое.

Конструкция ПИКа аналогична современным зарубежным исследовательским реакторам; активная зона объемом около 50 л помещена в тяжеловодный отражатель и представляет собой компактный интенсивный источник нейтронов деления. Установка сможет выдавать нейтронный пучок с характеристиками, превышающими мировые аналоги, – 10¹⁵ нейтронов в секунду на квадратный сантиметр. На реакторе возможно одновременное проведение более 50 различных экспериментов. Уже заключен контракт с Германией о перемещении на ПИК шести высокоточных исследовательских установок стоимостью свыше 20 млн евро.

MARS в Курчатовском институте

MARS - источник специализированного синхротронного излучения четвертого поколения, который планируется создать в Курчатовском институте в Москве. В настоящее время на территории института работает синхротронный источник поколения 2+, а в мире существуют три установки 3-го поколения (США, Япония, Европа), а также лазеры на свободных электронах, спектр применения которых в науке схож по своим возможностям с синхротронными источниками.

Ускорительно-накопительный комплекс Курчатовского источника синхротронного излучения

Современные синхротронные источники обладают высокой степенью поляризации, непрерывностью спектра и большой интенсивностью, что позволяет использовать синхротронное излучение в спектроскопии, рентгеновском структурном анализе биологических объектов, для изучения оптической активности молекул, а также для фотолитографии и в производстве интегральных схем. В целом область применения фотонных источников излучения (синхротронов и лазеров) зависит от мощности установки. Источник синхротронного излучения нового поколения станет самым мощным среди существующих установок подобного уровня, но будет уступать европейскому рентгеновскому лазеру XFEL (X-RAY Free Electron Laser). Таким образом, он перекроет разрыв в области структурных исследований, образовавшийся между источниками третьего поколения и лазерами.

Сверхмощный лазер

Проект создания сверхмощного пятипетаваттного лазера PEARL (PEtawatt pARametric Laser) в Институте прикладной физики РАН в Нижнем Новгороде. В ИПФ уже имеется богатый опыт в области строительства крупных лазерных установок. Одиннадцать лет назад на территории этого института был построен первый в России лазер с титан-сапфиром в качестве рабочего вещества мощностью 1ТВт, а в 2006 году при финансировании "Росатома" был создан субпетаваттный лазерный комплекс, на базе которого планируется строительство проекта PEARL.

Субпетаваттный лазерный комплекс. Установка 2006 года

Интерес атомщиков к лазерной установке объясняется возможностью создания лазерного термоядерного синтеза, как альтернативы термоядерному реактору типа токамака. При помощи сверхвысокой интенсивности лазерного излучения можно обеспечить нагрев дейтерий-тритиевой мишени. При этом период удержания плазмы, необходимый для протекания реакции синтеза, составляет 10^-10 секунды, что на 10 порядков меньше, чем в токамаке. Помимо участия в термоядерной программе, модернизированная установка PEARL может войти в состав панъевропейского проекта ELI (Extreme Light Infrastructure), который включает в себя строительство нескольких крупных лазерных комплексов на территории европейских государств для решения различных задач фундаментальной физики. В частности, на российском лазере могут быть исследованы эффекты нелинейности вакуума, а также процесс рождения электрон-позитронных пар при воздействии на вакуум  высокоэнергетического лазерного излучения.

Фабрика очарованных частиц

Электрон-позитронный коллайдер и "чарм-тау фабрика" в Институте ядерной физики СО РАН в Новосибирске. Проект в области фундаментальной ядерной физики, для реализации которого задумано строительство 800 метрового коллайдера и детектора частиц под территорией института. Новосибирский коллайдер сможет объяснить причину асимметрии между количеством вещества и антивещества во Вселенной. После Большого взрыва вещество и антивещество должны были образоваться в равных количествах, но в современном мире по непонятным причинам антивещество не наблюдается. Очарованные (англ. "charm") частицы - D-мезоны, "фабрикой" для создания которых станет новый проект, могут послужить ключом к разгадке этого явления. Данные, полученные на "чарм-тау фабрике", дополнят данные Большого адронного коллайдера,  поскольку для ответа на вопрос об асимметрии материи там изучают другой тип частиц – прелестные (англ. "beauty").

Электрон-позитронный коллайдер ВЭПП-2000 ИЯФ в Новосибирске

Эпитет тау в названии проекта происходит от названия еще одной исследуемой частицы – тау-лептона, процесс распада которого физики только начинают изучать. Проектом уже заинтересовались ученые из Италии, США и Японии, причем как строительством ускорителя, так и проведением экспериментов. Любопытно, что первый коллайдер - ускоритель на встречных пучках, получивший имя ВЭП-1, был придуман и построен именно в Новосибирском ИЯФ еще в 1960-х годах.

Среди проектов-финалистов, выдвинутых на соискание мегагранта, есть как чисто академические, так и более прикладные. Но помимо решения  задач фундаментальной науки, каждый из них может послужить толчком для развития новых технологий, привлечения зарубежных ученых в российскую науку, а также создания собственной научной школы.

Минисамолет

В Германии испытан "микросамолет", который летает как птица за счет маховых движений крыльями. Его устройство позволяет аппарату летать с небольшой скоростью, планировать, парить и вести видеосъемку бортовой камерой.

За образец разработчики из Биомиметического инновационного центра (B-I-C) взяли стрижа. "Птицы ежедневно выполняют такие сложные задачи как взлет, полет на большие расстояния, маневрирование в ограниченном пространстве и посадка, – объясняет исследователь Уильям Тилике (William Thielicke). – Среди них очень маневренны и умеют эффективно планировать стрижи. Поэтому мы решили, что они были бы хорошей отправной точкой для создания энергоэффективного микроаппарата (micro air vehicle – MAV)".

Миниатюрный летательный аппарат машет крыльями как птица, планирует и маневрирует

Беспилотные миниатюрные летательные аппараты активно используются, в частности, при спасательных работах в труднодоступных или опасных для человека местах. Традиционные MAV с фиксированным крылом обладают достаточной энергоэффективностью, но у них слишком малая маневренность.

Дизайн нового типа позволяет MAV разогнаться взмахами крыльев и затем планировать для экономии энергии и обеспечения хорошего видеоизображения, при необходимости аппарат может замедлиться и маневрировать в ограниченном пространстве. По словам Тилике, хотя модель еще не готова к использованию, ее первая проверка прошла успешно.