Учёные физического факультета Института естественных и точных наук ЮУрГУ ведут исследования, важные как для прикладной, так и для фундаментальной науки. О поисках и открытиях в этом направлении рассказывает доктор физико-математических наук, профессор кафедр «Вычислительная механика» и «Физика наноразмерных систем» ЮУрГУ Александр Павлович Яловец.
– Кто ещё в мире занимается этой проблематикой?
– География исследований по обработке материалов интенсивными потоками различного рода излучений сегодня весьма широка. Среди ведущих в экономическом отношении стран – США, Япония, Китай, Германия, Франция. Россия в данной области исследований занимает достойное место, особенно в части разработки сильноточных электронных и ионных ускорителей, предназначенных для решения задач радиационных технологий. Ведущими российскими центрами разработки аппаратуры для радиационных технологий и самих технологий являются Институт сильноточной электроники СО РАН (Томск), Институт электрофизики УрО РАН (Екатеринбург), ФГУП «НИИ электрофизической аппаратуры имени Д.В. Ефремова» (Санкт-Петербург), Московский авиационный институт (МАИ), Томский политехнический университет (НИУ). Если речь о ближнем зарубежье, то следует отметить достижения Государственного университета и Академии наук Республики Беларусь в области плазменной обработки конструкционных материалов.
– Каковы особенности исследовательской работы в этой сфере?
– Как правило, проводимые в различных центрах исследования по воздействию интенсивных потоков энергии на вещество являются экспериментальными и направлены на решение определённых технологических задач. При таком подходе, даже при успешном решении конкретной проблемы, вопросы физической природы наблюдаемых явлений остаются без ответа. Отсутствие понимания того, что происходит с веществом при обработке интенсивными потоками энергии, не позволяет, например, определить оптимальные режимы обработки и, как следствие, использовать все возможности реализуемой технологии. Очевидно, что эффективнее всего сочетать экспериментальные исследования с теоретическими.
Здесь следует отметить, что рассматриваемый объект исследования «вещество + интенсивный поток излучения» представляется весьма сложным для теоретического описания по ряду причин. Во-первых, при облучении одновременно включается большое число процессов, для описания которых требуется привлекать теории практически из всех разделов физики, в том числе механики, электродинамики, квантовой механики, механики сплошных сред, физической кинетики. Во-вторых, поскольку сформулированная система уравнений лишь в редчайших случаях допускает аналитическое решение, её приходится решать численно, причём очень часто стандартные алгоритмы не работают – как правило, из-за огромного диапазона термодинамических параметров, который реализуется в рассматриваемой задаче. По этим причинам теоретические исследования во многих научных центрах сводятся обычно к проведению тех или иных оценок, на основании которых делаются попытки объяснить наблюдаемые в экспериментах явления.