Представьте, что где-то в лабораториях Екатеринбурга работает установка, способная одномоментно выдавать столько же энергии, сколько какая-нибудь гидроэлектростанция. Трудно это вообразить, да? И что делать с таким импульсом энергии?

Специально для проекта #ТягаКНауке Сергей Заяц — младший сотрудник лаборатории прикладной электродинамики Института электрофизики УрО РАН, эксперт финала регионального конкурса Международного конкурса научно-технологических проектов «Большие вызовы» направления «Новые материалы, нанотехнологии и микроэлектроника» рассказывает, для чего это нужно.

«В Институте электрофизики Уральского отделения Российской академии наук в лаборатории импульсной техники создана пикосекундная твердотельная импульсная система экстремально высокой мощности. Длительность импульса всего около одной десятитысячной доли миллиардной секунды (около 100 пикосекунд). Напряжение каждого такого импульса достигает невероятных значений — примерно 2,2 миллиона вольт! Это достижение позволяет получать огромную мощность — до ста миллиардов ватт. Для наглядности мощность можно посчитать в… электрических чайниках: мощность одного — 2000 Вт, т.е. эта установка генерирует импульс энергии в 100 000 000 000 / 2 000 = 50 000 000 чайников — 50 миллионов чайников.

Как получить импульс с мощностью разряда молнии «от розетки»? Это достигается сокращением длительности импульса, когда при фиксированном энергозапасе повышение мощности осуществляется за счет сокращения времени выделения энергии. Грубо говоря, импульс сжимают до длительности в считанные нано- и пикосекунды и за счет такой компрессии происходит увеличение его мощности до мега- и гигаваттного уровня, хотя и в очень короткий промежуток времени. Созданием устройств, формирующих такие импульсы, занимается особый раздел технической физики — пикосекундная электроника.

Чтобы понять, насколько мощность 100 ГВт большая, её можно сравнить с некоторыми гидроэлектростанциями. Но надо помнить, что 1 Вт мощности — это энергия в 1 Дж за 1 с.

Черчилл-Фолс, р. Черчилл (Канада) — мощность 5,43 ГВт.
Тукуруи, р. Токантинс (Бразилия) — мощность 8,30 ГВт.
Гури, р. Карони (Венесуэла) — мощность 10,30 ГВт.
Силоду, р. Янцзы (Китай) — мощность 13,90 ГВт.
Итайпу, р. Парана (Бразилия/Парагвай) — мощность 14,00 ГВт.
Три ущелья, р. Янцзы (Китай) — мощность 22,50 ГВт.

На данный момент зафиксированный рекордный показатель уральской импульсной установки — 77 ГВт.

Эта технология позволяет учёным изучать явления, происходящие за невероятно короткие промежутки времени, такие как вспышки лазера, взаимодействие частиц при столкновениях или даже протекающие внутри атомов ядерные реакции. Натурные испытания ядерного взрыва запрещены, но такая установка помогает учёным их заменить в лабораторных условиях.

Тут решаются фундаментальные задачи науки, например: как зафиксировать такие короткие процессы? В эту лабораторию приходят производители осциллографов, чтобы их проверять, так как в мире очень немного установок, которые генерируют такие короткие электромагнитные импульсы, как эта.

Или задача как сжать энергию высокой мощности? Наверняка слышали про аккумуляторы, которые сами взрываются, так как не держат несколько киловатт энергии. А тут в доступе Гигаватты.

Существует целый ряд задач как научно-исследовательского, так и практического характера, для которых необходимы электромагнитные импульсы экстремально высокой мощности: исследования процессов пробоя диэлектриков в экстремально высоких электрических полях, рентгенография быстропротекающих процессов взрывного типа, неразрушающая дефектоскопия, радиолокация большой дальности, мощная СВЧ-электроника, накачка газовых лазеров, нагрев термоядерной плазмы, ядерно-физические эксперименты и многое другое».

Наука проще и интереснее, чем кажется, а проверить это можно уже в ближайшее время — участвуйте в Международном конкурсе научно-технологических проектов «Большие вызовы». Под руководством таких экспертов, как Сергей Заяц, сделайте свой первый шаг к открытиям!