Superjonikų pavilioti
Gegužės 23–27 d. Vilniaus universitete vyko 8-asis tarptautinis simpoziumas Sistemos su greitąja jonų pernaša. Išsamiau apie šį renginį rašysime pasitelkę svarbiausią organizatorių – Radiofizikos katedros profesorių Antaną Orliuką, o savotiškas įvadas bus pašnekesys su vienu iš konferencijos dalyvių prof. Jonu Grigu. Būtent J. Grigo vadovaujamoje laboratorijoje A. Orliukas, tada dar antro kurso studentas, praėjusio amžiaus septintajame dešimtmetyje ir pradėjo savo kelią į didįjį mokslą.
Skaitytojai J. Grigą pažįsta ir kaip vieną aktyviausių mokslo populiarintojų šalyje, nesutaikomą kovotoją su mokslo profanuotojais ir antimokslinių idėjų skleidėjais, nes jų pakanka ne tik gyvenime, bet ir mūsų žiniasklaidoje. Tiesa, šiame pokalbyje pasitenkinsime tikslingai pasirinkta tema – superjonikų, arba kietojo kūno kuro elementų tyrimo aspektais, šios krypties tyrinėjimais Lietuvoje. Su JONU GRIGU bendravome prieš prasidedant konferencijos darbui.
Kai dielektrikas virsta laidininku
Gerbiamasis Profesoriau, kaip vertinate ir ko tikitės iš 8-ojo tarptautinio simpoziumo „Sistemos su greitąja jonų pernaša“. Esate ne šiaip simpoziumo dalyvis, pranešimo bendraautoris, bet ir šios krypties tyrinėjimais suinteresuotas asmuo. Tai fundamentiniam ar veikiau taikomajam mokslui svarbus simpoziumas?
Tai labai svarbus renginys tiek fundamentiniam, tiek taikomajam mokslui, praktikai, taikymams, naujoms technologijoms. Fundamentine prasme jonų pernešimo reiškiniai padeda suprasti, kodėl kai kuriuose kietuosiuose kūnuose tam tikroje temperatūroje vyksta fazinis virsmas, viena kristalą sudarančių jonų dalis staiga palieka savo padėtis kristale, išsitvarko ir tampa laisvais jonais, galinčiais elektriniame lauke pernešti elektros krūvį arba srovę.
Ir toks kūnas iš izoliatoriaus staiga tampa puikiausiu laidininku?
Taip, jeigu tokį kūną paveikiame elektriniu lauku, tai tie laisvieji jonai, judėdami tame lauke, sukurs elektros srovę, jų elektrinis laidis bus artimas metaliniam. Įprastomis sąlygomis neturintis laisvų krūvininkų dielektrikas staiga fazinio virsmo metu tų laisvų krūvininkų įgyja labai daug, ir jo elektrinis laidumas tampa artimas metaliniam.
Labai įdomus reiškinys. Jį tiriant atsirado naujas terminas kietieji elektrolitai, arba superjonikai. Iškart buvo suvokta, kad juos galima taikyti kuriant kietojo kūno elektros šaltinius arba baterijas. Įprastuose akumuliatoriuose naudojamas skystasis elektrolitas, o superjonikų pagrindu sukurtame kietakūniame akumuliatoriuje nėra kenksmingo švino. Be to, tokie akumuliatoriai labai lengvi, patogūs naudoti, saugūs, ekologiški, nėra pavojaus, kad išsilies elektrolitas.
Tokių kietakūnių akumuliatorių elektrinė talpa didžiulė, jų pagrindu pradėtos kurti įvairios baterijos. Nieko nuostabaus, kad tokie dariniai pirmiausia buvo panaudoti kosmoso reikalams. Būtent iš tokių superjonikų kuriama daugybė įvairių elektros šaltinių.
Vakarų šalyse seniai pradėti kurti ir jau sukurti kietojo kūno kuro elementai. Tarp šios konferencijos dalyvių yra svečiai iš Šveicarijos, Ciūricho technikos universiteto. Tai Ludwigo Gaucklerio mokinė dr. Jennifer L. M. Rupp. Tame universitete yra tobulinęsis ir dirbęs Antanas Orliukas, man taip pat yra tekę keletą kartų svečiuotis. Tai štai Ciūricho technikos universitetas bene 15 metų kūrė elementus šaldytuvo dydžio įrenginiams, kurie gamina keleto kilovatų galios elektros energiją. Tokie autonominiai elektros šaltiniai naudojami Šveicarijos Alpėse ir bet kur kitur, kur reikia energijos. Labai patogūs ir ekologiški energijos šaltiniai.
Išlaisvinti atomus Suprantu, kad pritaikymo galimybės labai viliojančios, ir pasaulyje vis plačiau taikomi tokie kuro elementų pagrindu sukurti šaltiniai. Bet noriu Jus paklausti kaip fiziką: kodėl dielektrikas ar jo dalis virsta elektrai laidžia medžiaga ir net elektrą generuojančiu šaltiniu? Jūs tai pavadinote faziniu virsmu, bet įdomu būtų sužinoti to reiškinio priežastį: iš kur staiga atsiranda laisvieji jonai, apie kurių buvimą iš pradžių net buvo sunku įtarti?
Iš niekur niekas neatsiranda, bet daugelyje medžiagų atomai ar jonai gali turėti atsargines padėtis. Tai tam tikroje temperatūroje jonai staiga tarsi pagal komandą arba pamažu palieka įprastas padėtis, traukdami vienas kitą tampa laisvi. Elektriniame lauke jie jau gali kryptingai judėti, atsiranda elektros srovė. Tuos jonus iš jiems įprastų vietų dažnai išlaisvina fazinis virsmas.
Visa gudrybė – išlaisvinti tuos „surištus“ jonus?
Išlaisvinti iš įprastų cheminių ryšių. Nes atomus ar jonus kietajame kūne laiko milžiniški elektriniai laukai, apie milijardą voltų į centimetrą.
Kiek plačiai superjonikai, arba kietakūniai elementai jau taikomi praktiškai. Ar ekonomiškai apsimoka juos naudoti?
Taikymo sritys pačios įvairiausios: nuo rankinių laikrodžių elementų iki gana galingų, kaip sakiau, kilovatų galios elektros jėgainių. Yra ir dešimčių kilovatų galios jėgainių – Vakarų šalyse tuose taikymuose pažengta gana toli.
O Lietuvoje? Kokius svarbesnius šios krypties tyrimų centrus išvardysite?
Nėra tokio centro. Tėra kai kurie epizodiški tyrimo darbai Lietuvos energetikos institute, taip pat Vilniaus universiteto Fizikos fakultete, kur dirba prof. A. Orliukas. Palyginti su tuo, kas daroma pasaulyje, kiek lėšų ir dėmesio skiriama šiai tyrimų krypčiai, su mastais ir pasiektais rezultatais, mūsų tos krypties tyrinėjimai yra labai kuklūs.
Bet vis dėlto 8-asis tarptautinis šios krypties tyrinėjimams skirtas simpoziumas vyksta Vilniuje, o ne kur kitur. Vadinasi, pasaulis mūsų mokslininkų pastangas pastebi ir palaiko.
Mūsų universiteto fizikai skelbia mokslinius darbus šios krypties žurnaluose, fundamentiniai tyrimai atitinka pasaulinį lygį, jie pasaulyje žinomi. Žinių kūryba vyksta, o kaip panaudoti tas žinias, turi rūpintis inžinieriai. Jie turi remdamiesi mokslo žiniomis kurti iš jų daiktus, technologijas. Pasaulyje yra tokia praktika. Deja, Lietuvoje inžinieriai nedirba savo darbo, mes sukuriame daug žinių įvairiose mokslo srityse, bet jas panaudoja kitų šalių inžinieriai.
Nors paprasčiau ir nesugalvosi Ir vis dėlto, kodėl tokia perspektyvi tyrinėjimų kryptis Lietuvoje lieka tarsi nuošalyje nuo prioritetinių tyrinėjimų? Kur priežastis? Gal per mažos tos krypties tyrinėtojų pajėgos, kad mokslo strategams ir politikams būtų galima įrodyti, jog tai turėtų būti vienas iš Lietuvos mokslo prioritetų?
Lietuva – per maža šalis, kad galėtų aprėpti visas tyrinėjimų sritis ir kryptis, kad ir pačias perspektyviausias. Superjonikų srityje paprasčiausiai neatsirado žmogaus, kuris sugebėtų kitus perrėkti, kad be šios krypties plėtojimo Lietuvos mokslas – tai mokslas be ateities. Kur tokių garsiai šaukiančių žmonių atsirado, ten reikalai geresni, į tas kryptis nukreipiama daugiau lėšų. Lietuvoje yra taip: kas garsiau rėkia, tam daugiau duoda.
O juk kietakūniai energijos šaltiniai Lietuvai galėtų būti gerokai svarbesni už daugelį kitų darbų, šiandien vadinamų prioritetiniais. Kodėl taip sakau? Todėl, kad kalbame apie visai naujus energijos šaltinius – labai ekologiškus ir beveik neišsemiamus.
Deguonis imamas iš oro ir jungiamas su vandeniliu, kurį galima gauti iš metano dujų, arba išskirti kitais būdais. Jungiantis deguoniui su vandeniliu, vyksta cheminė reakcija, atsiranda elektros srovė. Paprasčiau ir pigiau nesugalvosi.
