Сергей Тараненко - Наполовину мертвый кот, или Чем нам грозят нанотехнологии

Но проверять надо не только материалы для космических аппаратов или термоядерных реакторов — токамаков (именно там существуют такие сильные магнитные поля, превышающие магнитные поля Солнца). Наноструктурные материалы будут повсюду: в автомобильных и железнодорожных мостах, подверженных постоянной вибрации, в корпусах самолетов, в которые попадают сильные электрические разряды — молнии во время грозы, в контактных сетях скоростных электропоездов, подверженных длительному воздействию постоянного тока — текущего в одну сторону, в отличие от привычного нам переменного. И главное, чего мы хотим от этих материалов, — чтобы он не подвел. А если материал новый — такой риск нельзя сбрасывать со счетов.

Риск того, что достаточно проверенный новый материал может в неординарных условиях повести себя не так, как мы того ожидаем, имеет своего «тезку». Речь идет о риске нештатного поведения нового материала в стандартных условиях, чего мы тоже от него не ожидаем, но по иным основаниям — ложной уверенности, необоснованного доверия к качеству, предъявляемому наиболее высокотехнологичными секторами экономики.

При создании космических аппаратов применяют новый наноматериал — кермет. Зерна металла, размером до 5 нм, окруженные такими же зернами другого металла или его окисла (а чтобы такое получилось, металлов должно быть несколько), спекают под давлением. Получается композит — много металлов вперемешку. Почему металлы разные? Очень просто. Нанопорошок получают размолом металла специальными мельницами (есть и другие способы, но сейчас нам это не важно). При размоле частицы становятся все меньше: начинают с размера несколько микрон и доходят до наноразмера. Однако начиная с диаметра частиц около 25 нм процесс помола сталкивается с препятствием. Отдельные, более мелкие частицы предпочитают слипаться — между ними образуются перемычки, и наноструктура нарушается. А нам нужны частицы от 10 до 5 нм. Именно они обладают нужными нам свойствами. Если соседние частицы принадлежат разным металлам, такого слипания не происходит, как минимум быстро.

Но у нас нет гарантии, что зерно кермета не будет укрупняться с течением длительного времени. Сегодня космический аппарат — как правило, спутник, живущий менее 5–7 лет [20] Время жизни спутников нового поколения — 15 лет. , или вообще одноразовые ракетоносители и разгонные блоки. Этой проблемой можно и не озадачиваться.

В основе некоторых современных автомобилей лежат технологии авиастроения. Таковы, например, компании «Субару» и «Мазда». Существует устойчивое мнение об «авиационном» генезисе некоторых автомобилестроительных компаний, например «Ауди». Как же — авиационные технологии, примененные в автомобилестроении; качество, недоступное другим! Прекрасная основа для продвижения своей продукции.

Представьте, что кто-то решит перенести космические технологии в нашу «земную» жизнь, например в судостроение, под лозунгом: космическое — значит надежное. Гражданское судно или военный корабль, живущие 40 лет и более, — норма. Но как поведет себя критически важная деталь из кермета через 20–25 лет? В рамках космических разработок этого никто не проверял.

Для того чтобы точно знать, как ведет себя материал с течением длительного времени, нужно это самое время. Не каждый процесс можно ускорить, быстро и надежно промоделировать численными методами. Все эти методы сами требуют верификации и, прежде всего, натурного опытного подтверждения, т. е. времени.

Но мы торопимся. У нас множество планов, новых конструкторских решений, которые стали возможными только благодаря появлению нового материала. Такая ситуация — особенность наноматериалов. Мы их для этого и разрабатывали и создавали: сделать невозможное. И мы не можем ждать.

И как результат — вынуждены нести риски.

Риск метастабильного состояния — риск утраты наноструктуры.

Непредсказуемость поведения материала в неординарных условиях.

Риск нештатного ошибочного применения наноматериалов на основании опыта других секторов экономики.

Риск несоответствия высоких темпов технологического развития, требующих новых материалов «сегодня», времени на их полноценную проверку.

Мы уверенно предполагаем (и у нас есть на то основания), что нанотехнологии предоставят нам новые возможности, недоступные без их применения. И не последнее место среди таковых занимают возможности, связанные с работой устройств в экстремальных условиях, т. е. таких условий, которые без применения соответствующих материалов были просто недостижимы.

Такие экстремальные условия характерны для больших высокотехнологических установок, важное место среди которых занимают научные установки мега-сайенс, такие, например, как ускоритель элементарных частиц.

В Российской Федерации инициированы проекты по созданию установок класса мега-сайенс. Одной из них является компактный экспериментальный термоядерный реактор — токамак «ИГНИТОР».

Пусть слово «компактный» не вводит вас в заблуждение. Установка все равно весит 500 тонн. Однако за счет применения нанотехнологий в магнитной системе его размер действительно компактный. Для сравнения: токамак ITER, строящийся во Франции международной коллаборацией при участии России, имеет массу реактора 360 000 тонн.

Исторически, Россия — мировой лидер в проектировании и создании таких установок — установок, позволяющих надеяться, что мы сможем вырабатывать электроэнергию за счет термоядерной реакции синтеза. В отличие от ядерной реакции (реакции деления, распада атомов) реакция синтеза потенциально способна дать энергии на порядок больше. Собственно ровно такая же реакция протекает в нашем самом главном источнике энергии для нашей планеты — Солнце. Сила ветра, энергия рек и многое другое, — в конечном счете, это энергия Солнца. Фотосинтез как основа жизни и сама жизнь во всем ее многообразии возможны также за счет энергии Солнца. И попытка человека зажечь маленькое, безопасное солнышко как раз связана с надеждой поджечь термоядерную реакцию в токамаке. «Горит» в токамаке тритий-дейтериевая плазма, удерживаемая, а точнее, гоняемая по замкнутому кругу, сильнейшими магнитными полями. Чем компактнее токамак, тем сильнее надо свернуть в кольцо плазму, что требует более сильного магнитного поля. Но как сделать такой мощнейший магнит? Традиционные решения не подходят. Решение было найдено с применением нанотехнологий. В Российской Федерации создан уникальный наноструктурный сверхпроводящий материал, катушки из которого способны создавать и, главное, выдерживать эти мощнейшие поля.