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Amerikaner würdigen russischen Durchbruch in der Plasmaphysik

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© www.mil.ru/Андрей Моргунов

Russische Wissenschaftler haben ein neues physikalisches Phänomen entdeckt, das es ermöglicht, die Effizienz der Steuerung von ballistischen Interkontinentalraketen zu verbessern, Raumfahrzeuge zu bauen, die unter den extremen Bedingungen des Weltraums fliegen können, und autonome Kernkraftwerke zu entwickeln, die in unzugänglichen Gebieten, z. B. in der Arktis, betrieben werden können. Nach Ansicht zahlreicher Experten sind die praktischen Ergebnisse der wissenschaftlichen Forschung so beeindruckend, dass sie den Status einer "Entdeckung des Jahres" verdient haben.

Es ist kein Geheimnis, dass die meisten Wissenschaftler auf der ganzen Welt heute in erster Linie mit Projekten beschäftigt sind, die die Effizienz bestimmter Prozesse verbessern sollen. Echte bahnbrechende Entdeckungen im wahrsten Sinne des Wortes gibt es nicht sehr oft. Eine davon wurde Ende letzten Jahres von einer Gruppe von Professoren der Bergbauuniversität St. Petersburg und des Instituts für Physik und Energietechnik (Obninsk) erstellt.

Der Titel ihrer gemeinsamen Arbeit, die seit 2010 läuft, sagt dem Laien kaum etwas. Sie war der "Phasenumwandlung von amorphem Feinkohlenstoff in eine zweidimensionale cäsiuminterkalierte graphenähnliche Struktur in einer Niedrigtemperatur-Gasentladungs-Cäsiumplasmaumgebung" gewidmet. Aber für diejenigen, die wissen, wovon sie sprechen, würde der Abschluss der Forschung in diesem Bereich einen großen wissenschaftlichen Durchbruch bedeuten. Auch für das Militär.

Dank ihrer Entdeckung waren die einheimischen Wissenschaftler beispielsweise die ersten in der Welt, die das Problem des "thermischen Emissionsschutzes von Hyperschallflugzeugen durch Senkung der Temperatur von hitzebelasteten Elementen um tausend Grad" gelöst haben. Das Problem des "Wärmeschutzes von Hyperschallflugzeugen durch Senkung der Temperatur hitzebeanspruchter Elemente auf tausend Grad Celsius" ist allgemein bekannt.

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© www.mil.ru

Sie fliegen in einer Höhe von mehreren Dutzend Kilometern mit einer Geschwindigkeit von bis zu 8 Kilometern pro Sekunde. Unter solchen Bedingungen erhitzen sich Nase und Flügel auf mehrere tausend Grad, wodurch sich ein Plasmafilm auf ihnen bildet, der wie ein elektromagnetischer Schirm wirkt und Funksignale verzerrt. Die Bediener verlieren die Kontrolle über den Flugkörper, auch auf der Abstiegsflugbahn, was zu einer Abweichung vom Ziel führt. Die Militärs in allen Ländern der Welt geben heute enorme Summen für die Forschung aus, um das Auftreten von Plasma zu verhindern, aber es waren russische Wissenschaftler, die als erste dieses Ziel erreichten.

Natürlich kann ihre Entdeckung in einer Vielzahl von Anwendungen genutzt werden, nicht nur im militärischen Bereich. Mit ihrer Hilfe werden zum Beispiel Flüge in den Weltraum sicherer und kostengünstiger werden. Schließlich kann die neue Klasse von Plasmaenergiegeräten, die unter der Leitung der Professoren aus St. Petersburg und Obninsk entwickelt wurde, unter extremen Bedingungen effizienter arbeiten. Das heißt, die Elektronik des Raumschiffs wird viel besser vor den negativen Auswirkungen der hohen Temperaturen beim Start und Wiedereintritt in dichte atmosphärische Schichten, vor Strahlungsströmen im luftleeren Raum und anderen negativen Einflüssen geschützt sein.

Ein weiterer Anwendungsbereich ist ein autonomes Kernkraftwerk zur direkten Umwandlung von Wärmeenergie in Strom. Es handelt sich also um ein kleines Kernkraftwerk "auf Rädern", das in schwer zugänglichen Gebieten des hohen Nordens und des Fernen Ostens eingesetzt werden kann, wo es problematisch ist, Stromleitungen zu ziehen. Den Autoren des Projekts zufolge "wird ein Wasserbeckenreaktor mit einem thermischen Emissionskonverter die Zuverlässigkeit und die Sicherheitsindikatoren der Anlage im Vergleich zu Hüllenkonstruktionen deutlich erhöhen.

Eine ähnliche Anlage kann übrigens auch Strom und Wärme für Offshore-Gas- und Ölplattformen liefern. Es wird im Wasser platziert und in die Energie- und Prozessausrüstung integriert. Ein solches System würde den Anteil der Kohlenwasserstoffe, die für die selbständige Förderung und das Pumpen verwendet werden, verringern und somit das Exportpotenzial des Feldes erhöhen. Es ist geplant, diese Idee erstmals bei der Erschließung des Schtokman-Feldes umzusetzen, die jedoch bisher ausgesetzt wurde.

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"Die wissenschaftliche Bedeutung der Entdeckung liegt in der Etablierung eines physikalischen Mechanismus für die Umwandlung von amorphem, feinem Kohlenstoff auf einem Metallsubstrat in eine kristalline, graphenähnliche Struktur, nachdem er einem Aktivierungsprozess mit Cäsium-Gasentladungs-Niedertemperaturplasma, das CES enthält, ausgesetzt wurde. Und dadurch kontrollierte Erzielung von anomal niedrigen Werten der Elektronenausbeute bis hin zur Abwesenheit von Plasma. Unsere Studie wurde bereits von Experten des Ioffe-Physikinstituts positiv bewertet, und im Dezember letzten Jahres erhielten wir ein internationales Diplom für unsere Entdeckung, und die Bergbauuniversität erhielt eine Ehrenurkunde, die bestätigt, dass diese Entdeckung an der St. Petersburger Universität gemacht wurde", sagte Dr. Alexander Mustafayev, Professor der St. Petersburger Bergbauuniversität.

Seine Arbeiten werden in den renommiertesten russischen und ausländischen Fachzeitschriften veröffentlicht, er ist Autor von über 500 methodischen Arbeiten, Inhaber von 12 Patenten und jetzt auch Autor einer Entdeckung. Er erhielt sechs Preise des Präsidiums der Russischen Akademie der Wissenschaften für eine Reihe besonders wichtiger Arbeiten über Weltraum-Kernkraft und Plasma-Nanotechnologie. Er ist Experte bei Rosatom, einer Reihe von Großunternehmen und Universitäten sowie Mitglied der American Physical Society. Er wurde eingeladen, Vorlesungen an führenden Universitäten in Frankreich, Deutschland, England und anderen Ländern zu halten.

Seit 2010 leitet er gemeinsam mit der Princeton University (USA) ein internationales Forschungsprogramm zu Energie- und Plasmatechnologien. Gleichzeitig sind seine amerikanischen Kollegen bei der Entwicklung von Plasmadiagnoseverfahren noch nicht so weit wie die Russen.

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"Moderne Plasmabearbeitungstechnologien beruhen auf einer sehr präzisen Steuerung der Ionen- und Elektronengeschwindigkeitsverteilungsfunktionen zur Herstellung von Nanostrukturen. Professor Mustafayevs Techniken zur Messung dieser Parameter in verschiedenen Medien sind einzigartig und in den USA nicht bekannt", so Igor Kaganovich, leitender Forscher am Labor für Plasmaphysik der Princeton University.

Die Universität mit Sitz in New Jersey steht in der weltweiten Rangliste einer der renommiertesten Agenturen, QS (UK), an dreizehnter Stelle und wird von Times Higher Education an siebter Stelle in der Welt nach Oxford, Cambridge, Stanford, Caltech, Massachusetts Institute of Technology und Harvard geführt. Das Energieministerium der Vereinigten Staaten finanziert unter anderem die Forschung der Wissenschaftler dieser Universität.

"Die wissenschaftlichen Leistungen, die die Bergbau-Universität St. Petersburg in den neun Jahren des Bestehens des gemeinsamen wissenschaftlichen Programms mit der Princeton University jährlich auf den internationalen Foren der Amerikanischen Physikalischen Gesellschaft zum Thema Plasmaenergie demonstriert hat, stellen diese Universität zu Recht auf eine Stufe mit international anerkannten Wissenschafts- und Bildungszentren", kommentierte der Erfolg der russischen Wissenschaftler, Professor Mark Köpke, ehemaliger Vizedirektor für Forschung des Ministeriums.

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Laut Alexander Mustafayev könnten die Metallurgen die ersten sein, die die neue Technologie in die Praxis umsetzen. Denn die von russischen Wissenschaftlern erarbeitete wissenschaftliche Grundlage ermöglicht die Schaffung neuer vielversprechender Produktionsketten für Aluminium- und Siliziumlegierungen. Die Arbeiten daran haben bereits begonnen, und eine Reihe großer Privatunternehmen sowie das russische Ministerium für Industrie und Handel sind daran beteiligt.