Активная инертность
Прежде чем новая технология выйдет на финишную прямую производства, ей предстоит долгий путь через лаборатории ученых.
Единственным ученым Луганщины, отмеченным в 2010 году Комитетом по Государственным премиям Украины в области науки и техники, стал доцент кафедры физики и нанотехнологий Луганского национального университета им. Тараса Шевченко (ЛНУ) Евгений Горбенко. Его работа называется замысловато — «Атомные свойства сжатых кристаллов инертных газов». Истоки ее, как и многих научных трудов, нужно искать в магистерской работе и кандидатской диссертации молодого ученого, написанных в стенах ЛНУ и Донецкого физико-технического института им. А.А. Галкина НАН Украины.
— Именно в ДонФТИ работал классик теоретической и математической физики Кирилл Борисович Толпыго, занимавшийся исследованиями в области теории твердого тела, — поясняет Евгений Евгеньевич, — а мой научный руководитель, доктор физико-математических наук Елена Петровна Троицкая — его ученица. Так что труд этот совместный, по этой теме работает целая группа ученых. Наука не стоит на месте, теория Толпыго тоже совершенствуется, и я надеюсь на дальнейшие перспективы нашей работы.
Однако теория идет под руку с практикой, а там инертные газы, особенно неон, аргон, криптон и ксенон, не настолько инертны. Их применяют в качестве хладагентов, для передачи большого гидростатического давления при низких температурах и создания ядерного топлива для лазерного или электронно-лучевого метода запуска термоядерной реакции, и как гранулированное твердое топливо для тепловых двигателей. Но такое применение возможно только в том случае, если они находятся в кристаллическом состоянии. Вот почему эксперименты с кристаллами инертных газов при возрастающем давлении идут во всем мире: кристаллическое состояние можно получить путем сжатия газа при очень низких температурах. В Украине пока подобные исследования не ведутся, но наличие хорошей теоретической базы такую возможность дает, так что это только вопрос времени.
Евгений Горбенко посвятил свою работу теоретическому описанию этих процессов и созданию методов расчета атомных свойств инертных газов.
— Все-таки я физик-теоретик, — говорит ученый, — поэтому моя задача — сделать прогнозы и расчеты, а потом сравнить их с результатом экспериментов. В своей работе я ставил конкретную цель: создание методов теоретического исследования материалов в экстремальных условиях для прогнозирования свойств в основном состоянии в сложноизмеряемых областях, а еще — вычисление энергетических спектров систем квазичастиц, в частности фононов — квантов колебательного движения атомов кристалла в твердом теле, а также упругих свойств систем при механических напряжениях. Знаю, что человеку, далекому от физики, это понять трудно, но во время экспериментов возникает много специфических проблем, которые требуют специально разработанных теорий, над чем и работают физики-теоретики. Ведь нет лучшего подтверждения теории, чем ее совпадение с экспериментом. А раз премию дали, значит, у меня все совпало.
И все же главный критерий, по которому оценивается и будет оцениваться любой ученый труд, — это научная новизна. В работе, посвященной атомным свойствам сжатых кристаллов инертных газов, она присутствует. Евгений Горбенко работает в рамках неэмперической версии модели К.Б. Толпыго, в которой кристалл рассматривается как совокупность n-точечных ионов и оболочек, каждая из которых состоит из z-валентных электронов, взаимодействующих не только с ионами, но и между собой. Таким образом, строится волновая функция, являющаяся детерминантом (определителем), состоящим из других детерминантов. При этом учитываются корреляции внутри валентных электронов отдельного атома. Отличие от других моделей в том, что оболочки взаимодействуют между собой.
— В рамках этой модели на основе неэмпирических потенциалов отталкивания мы построили динамическую теорию кристаллических решеток инертных газов в широком интервале давления и количественно рассчитали деформацию электронных оболочек, — объясняет автор.
Луганский ученый надеется, что результаты его работы пригодятся физикам-экспериментаторам для дальнейших испытаний. А значит, будет в итоге и практическая польза от теоретической физики – в рамках развитой Евгением Горбенко теории рассчитаны уравнения состояния и упругие модули всего ряда сжатых кристаллов инертных газов.
