Активна інертність
Перш ніж нова технологія вийде на фінішну пряму виробництва, на неї чекає довгий шлях через лабораторії вчених.
Єдиним ученим Луганщини, відзначеним у 2010 році комітетом із Державних премій України в галузі науки і техніки, став доцент кафедри фізики й нанотехнологій Луганського національного університету ім. Тараса Шевченка (ЛНУ) Євген Горбенко. Його робота називається мудровано — «Атомні властивості стиснених кристалів інертних газів». Джерела її, як і багатьох наукових робіт, треба шукати в магістерській роботі і кандидатській дисертації молодого вченого, написаних у стінах ЛНУ та Донецького фізико-технічного інституту ім. О.О. Галкіна НАН України.
— Саме в ДонФТІ працював класик теоретичної та математичної фізики Кирило Борисович Толпиго, який займався дослідженнями в галузі теорії твердого тіла, — пояснює Євген Євгенович, — а мій науковий керівник, доктор фізико-математичних наук Олена Петрівна Троїцька — його учениця. Тож праця ця спільна, з цієї теми працює ціла група вчених. Наука не стоїть на місці, теорія Толпига теж удосконалюється, і я сподіваюся на подальші перспективи нашої роботи.
Однак теорія йде пліч-о-пліч із практикою, а там інертні гази, особливо неон, аргон, криптон і ксенон, не такі інертні. Їх застосовують як холодоагенти, для передачі великого гідростатичного тиску за низьких температур і створення ядерного палива для лазерного або електронно-променевого методу запуску термоядерної реакції, і як гранульоване тверде паливо для теплових двигунів. Але таке застосування можливе тільки в тому разі, якщо вони перебувають у кристалічному стані. Ось чому експерименти з кристалами інертних газів за все більшого тиску тривають в усьому світі: кристалічний стан можна одержати шляхом стиснення газу за дуже низьких температур. В Україні поки що такі дослідження не провадяться, але наявність доброї теоретичної бази уможливлює це, тож це лише питання часу.
Євген Горбенко присвятив свою роботу теоретичному опису цих процесів і створенню методів розрахунку атомних властивостей інертних газів.
— Усе-таки я фізик-теоретик, — говорить учений, — тому моє завдання — зробити прогнози й розрахунки, а потім порівняти їх із результатом експериментів. У своїй роботі я ставив конкретну мету: створення методів теоретичного дослідження матеріалів у екстремальних умовах для прогнозування властивостей у основному стані у важковимірюваних галузях, а ще — обрахування енергетичних спектрів систем квазічастинок, зокрема фононів — квантів коливального руху атомів кристала у твердому тілі, а також пружних властивостей систем за механічних напруг. Звичайно, людині, далекій від фізики, це зрозуміти важко, але під час експериментів виникає багато специфічних проблем, які вимагають спеціально розроблених теорій, над чим і працюють фізики-теоретики. Адже немає кращого підтвердження теорії, ніж її збіг з експериментом. А якщо премію дали, отже, у мене все збіглося.
І все-таки головний критерій, за яким оцінюється й оцінюватиметься будь-яка вчена праця, — це наукова новизна. У роботі, присвяченій атомним властивостям стиснених кристалів інертних газів, вона є. Євген Горбенко працює в рамках неемпіричної версії моделі К.Б. Толпига, в якій кристал розглядається як сукупність n-точкових іонів і оболонок, кожна з яких складається з z-валентних електронів, які взаємодіють не тільки з іонами, а й між собою. Таким чином, будується хвильова функція, що є детермінантом (визначником), який складається з інших детермінантів. При цьому враховуються кореляції усередині валентних електронів окремого атома. Відмінність від інших моделей у тому, що оболонки взаємодіють між собою.
— У рамках цієї моделі на основі неемпіричних потенціалів відштовхування ми побудували динамічну теорію кристалічних ґрат інертних газів у широкому інтервалі тиску й кількісно обчислили деформацію електронних оболонок, — пояснює автор.
Луганський учений сподівається, що результати його праці стануть у пригоді фізикам-експериментаторам для подальших експериментів. Отже, буде в підсумку й практична користь від теоретичної фізики — у рамках розвиненої Євгеном Горбенком теорії обраховані рівняння стану й пружні модулі всього ряду стиснених кристалів інертних газів.
