ТАКОЕ РАЗНОЕ ПЛАМЯ
Вдали от шума городского, в живописном лесу на берегу Обского
моря, на площадях санатория «Сосновка» около ста специалистов
рассматривали круг чрезвычайно важных проблем, заключенных в
трепещущем языке пламени. Институт химической кинетики и горения
СО РАН совместно с Институтом теоретической и прикладной механики
под эгидой Российской секции Международного Института горения и
Сибирского отделения Совета по горению и взрыву РАН с 11 по 13
июля проводил в Новосибирске V Международный семинар по структуре
пламени.
Л. Юдина, «НВС»
Цель семинара состояла в том, чтобы обсудить достижения и
перспективы в экспериментальном и теоретическом исследовании
структуры пламени, пределы его распространения и стабильности, а
также обозначить перспективы применения фундаментальных знаний в
промышленных, коммерческих и других приложениях.
Структура пламени — важная составная часть науки о горении.
Изучение структуры пламени — основной источник информации о
механизме и кинетике химических реакций на атомно-молекулярном
уровне, протекающих в пламенах газовых и конденсированных систем,
о химии горения. Именно понимание элементарных стадий химического
процесса всегда было и является приоритетным направлением не
только науки о горении, но и химической физики и физической
химии. Знание химического механизма на уровне элементарных
реакций означает возможность управления процессом горения.
Познание процессов, протекающих в пламени, выводит на области
глобальные — космос, энергосбережение, борьбу с пожарами, и
прочее, и прочее.
Тематика семинара включала следующие научные направления:
ламинарные предварительно перемешанные и диффузионные пламена;
пламена энергетических материалов; до- и сверхзвуковое
детонационное горение гомогенных и гетерогенных реагирующих сред:
приложения в технике; химическая кинетика реакций в пламени,
горение под действием лазерного излучения и плазмы газового
разряда; ингибирование, промотирование и гашение пламен;
образование ионов, кластеров, сажи и наночастиц в пламени;
фильтрационное горение.
 |
| Фото В. Симоненко |
Множество людей, разные организации предпринимали усилия, чтобы
научный форум состоялся и прошел на должном уровне. Существенную
лепту внесли Управление исследований армии США (директор
департамента химии доктор Роберт Шо), Федеральное государственное
унитарное предприятие (ФГУП) «Научно-исследовательский институт
полимерных материалов» (Пермь), ФГУП «Федеральный центр двойных
технологий «СОЮЗ» (г.Дзержинский Московской области),
Новосибирский технологический центр компании «Шлюмберже»
(директор по развитию технологий М. Якимов), Российский фонд
фундаментальных исследований, Институт химической кинетики и
горения СО РАН, Институт теоретической и прикладной механики
СО РАН.
Благодаря спонсорам на международный семинар смогли пригласить
несколько известных «пламенных» специалистов, которые бы иначе не
смогли приехать (из США, Индии, стран ближнего зарубежья).
 |
| Проф. А. Хейхерст (Великобритания) и
О. Коробейничев (Россия)
|
Основные тяготы по подготовке мероприятия вынесла на своих плечах
лаборатория кинетики процессов горения Института химической
кинетики и горения Сибирского отделения, руководимая д.ф.-м.н.
профессором Олегом КОРОБЕЙНИЧЕВЫМ. Этот творческий коллектив
хорошо знают коллеги во всем мире — рейтинг его достаточно
высок. Только два примера в подтверждение.
Первый. С 1928 года Институт горения, объединяющий специалистов
по горению всего мира, раз в два года организует симпозиумы, на
которых подводятся итоги работ по проблемам горения в мире. В них
принимает участие, как правило, свыше тысячи ученых, инженеров,
аспирантов. Сделать устный доклад на симпозиуме — большая честь
для исследователя, но добиться такого чрезвычайно трудно из-за
высоких требований, предъявляемых к сообщениям. В прошлом году в
Чикаго состоялся 30-й Международный симпозиум института по
горению. Из 771 поданных докладов было отобрано 321, из них 4 — от России,
причем три — из лаборатории кинетики процессов
горения ИХКиГ.
Второй. В своем письме к директору ИХКиГ профессору С. Дзюбе,
направленном накануне семинара, доктор Роберт Шо в частности
написал, что его офис ряд лет поддерживал группу О. Коробейничева
несколькими грантами, хотя в конкурсе на получение грантов
участвовали только американские исследователи и конкуренция была
очень высокой.
В работе семинара в Новосибирске приняли участие ученые из 11
стран (Англии, США, Франции, Германии, Голландии, Южной Кореи,
Китая, Украины, Казахстана, Армении, России), включая известных
зарубежных специалистов из таких крупных научных центров, как
университет Кембриджа (Великобритания), Ливерморская Национальная
Лаборатория имени Лоренца (США), Геттингенский университет
(Германия) и других. Много специалистов приехало из Кореи и
Китая.
Одна из особенностей форума — почти треть его участников
составляла молодежь.
 |
| Проф. Ф. Вестмореленд (США) и
Б. Атакан (ФРГ)
|
В силу ряда причин — объективных и субъективных (параллельные
научные форумы, отсутствие средств, состояние здоровья, наконец)
некоторые из ученых, кого очень ожидали, не смогли прибыть в
Сибирь. Но было немало тех, чьи имена известны во всем мире. С
пленарными лекциями и докладами выступили: из Германии — Ульрих
Маас, директор Института термодинамики, профессор Университета
Карлсруэ; Бурак Атакан, профессор Университета Дуйсбург-Эссена;
доктор Хельга Яндр из Института физической химии Геттингенского
университета; из США — Мэррилл Бэкстед, профессор университета
Бригхама Янга, Филипп Вестмореленд, профессор Массачусетского
университета; из Англии — Аллан Хейхерст, профессор
Кембриджского университета; из Индии — доктор Харидвар Сингх,
бывший директор Института высокоэнергетических материалов (Пуна).
Семинар отразил современное состояние научных исследований в ряде
ведущих лабораторий мира, позволил сопоставить развитие работ по
основным проблемам элементарных химических процессов в нашей
стране и за рубежом. Уровень и количество фундаментальных
исследований по ряду важных направлений в области горения в
стране (главным образом это касается экспериментальных
исследований), к сожалению, оставляет желать лучшего (и здесь нет
ничего удивительного, учитывая уровень финансирования нашей
науки). Однако во многом работы российских исследователей
соответствуют мировому уровню и даже занимают лидирующее
положение.
Иностранные ученые посетили лаборатории кинетики процессов
горения, горения конденсированных систем, физики и химии горения
газов ИХКиГ СО РАН и многих привлекла возможность сотрудничества
с коллегами.
С некоторыми из участников международного семинара удалось
побеседовать — о том, какие интересы привели их на форум, о
результатах проводимых исследований, представленных на суд
коллег, впечатлениях от встреч, планах на будущее и т.д.
Профессор Мэррилл БЭКСТЕД (университет Бригхама Янга, США) — один
из крупнейших в мире специалистов по проблемам горения
энергетических материалов (ЭМ). Сорок лет он работает в рамках
названной темы — моделирует процессы горения ЭМ, включая
структуру их пламен, создал несколько десятков моделей.
Взаимодействовал с рядом американских компаний, производящих
ракетные топлива. Именно с пленарной лекции Мэррилла Бэкстеда
«Последние достижения в моделировании твердого ракетного топлива»
начал работу международный семинар.
Человек он доброжелательный, располагающий к себе, с красивым
густым голосом. Спросила профессора, какие наиболее яркие
достижения случились в области, которой он занимается, за
последние годы.
— Больше всего достижений отмечается в теоретическом
моделировании, что позволило детально описать процессы горения,
различные ингредиенты твердого топлива.
Любое твердое ракетное топливо сложно по составу. Важно знать
свойства каждого из компонентов. Более того — смоделировать их
поведение при горении. Это поможет понять, каким образом сгорает
само топливо.
Компоненты топлива состоят из частиц, имеющих различные размеры,
прочность. Такую сложную смесь трудно описать. Но за последние
10 лет были разработаны 3-4 основных метода, которые помогли
разобраться в данной проблеме. В результате описана
вариабельность размеров частиц, проведено их сравнение, что
позволяет сделать вывод, из чего же состоит смесь, этот
конгломерат различных частиц.
Компьютерные модели помогли определить геометрию частиц, что
также играет не последнюю роль в ракетном топливе.
Разговор переходит на другие темы, в частности, связь ученого с
сибиряками — с Институтом химической кинетики и горения.
— Я хорошо знаком с работой лабораторий, возглавляемых докторами
Олегом Коробейничевым и Владимиром Зарко. Много лет — с тех пор,
как их статьи стали публиковаться в престижных изданиях, с конца
восьмидесятых годов, слежу за их научными результатами. А
встретились мы впервые на конференции в Италии.
Заметим, что для проверки своих моделей горения некоторых
энергетических материалов профессор Бэкстед использовал
экспериментальные результаты по структуре пламен, полученные в
лаборатории кинетики процессов горения.
Профессор Бэкстед отметил, что ни одну из проходящих на данную
тему конференций он не оставляет без внимания: в двух участвовал
лично, на три представлял свои работы. Высоко оценил работу
нынешнего международного семинара. В это же время проходит
конференция в США по схожей тематике — на нее он послал своего
аспиранта, а сам предпочел Сибирь. Это 5-й визит ученого в
Россию. Он любит приезжать сюда, очень уважает российских
исследователей.
Доктор Аллан ХЕЙХЕРСТ, профессор Кембриджского университета,
только что оставил пост главного редактора основного журнала
Института горения «Горение и пламя» (Combustion and Flame),
Великобритания.
В мире найдется не так много специалистов подобного уровня,
изучающих пламена методом молекулярно-пучковой
масс-спектроскопии. В научных статьях он писал о своих
экспериментах по изучению ионов, присутствующих в пламени. Это
позволило раскрыть много нового, ранее неизвестного.
Организаторы конференции сразу отметили, что доктор Хейхерст
изучает русский язык и читает Тургенева. Предложила ему
побеседовать на русском, но Аллан чистосердечно признался, что
владеет языком недостаточно хорошо. В ходе беседы (с
переводчиком) время от времени вставлял русские слова.
Ученый рассказал об основных положениях своего доклада на
семинаре.
Основными достижениями науки, которой он занимается много лет,
является возможность идентифицировать короткоживущие частицы в
пламени — радикалы, атомы, промежуточные комплексы — и измерять
их концентрацию (при нормальных условиях их обнаружить не
удается). Причем, измерять с все возрастающей точностью.
— Данный факт поражает, а полученные результаты вызывают все
больший интерес, — сказал профессор Хейхерст.
Профессор Хейхерст подчеркнул, что с Институтом химической
кинетики и горения Сибирского отделения обмениваются информацией
много лет. Сейчас коллеги пытаются организовать совместную работу
по химии горения металлов — реакции атомов металлов в пламенах.
Причем, предполагается, что финансировать работу будет Евросоюз.
В Академгородок ученый приезжает во 2-й раз — был на семинаре в
1992 году. О нынешнем семинаре сказал, что организован он на
высоком уровне — даже по международным стандартам.
Филипп ВЕСТМОРЕЛЕНД, профессор Массачусетского университета (США)
представил совместный доклад ряда американских (из
Массачусетского, Корнелского университетов, Национальной
лаборатории Сандиа) и немецких (из Института физической химии
Университета Билфелда) специалистов, изучающих структуру пламени
на атомно-молекулярном уровне — скорость, механизмы реакций с
участием сотен стадий реагирующих компонентов.
Результаты получены в научном центре Беркли в лаборатории
Лоренца, на недавно созданной уникальной установке, позволившей
заметно продвинуться в изучаемой области. Получено большое
разрешение по энергии фотонов в ультрафиолетовой области спектра
в ускорителе с синхротронным излучением и используемых для
ионизации частиц, отобранных из пламени, с дальнейшим их
масс-спектрометрическим детектированием. Стало возможно
идентифицировать такие молекулы, атомы, радикалы, которые ранее
было трудно или невозможно определить.
— Семинар привлек возможностью представить полученные результаты
и их применение в таких областях, как энергетика, борьба с
загрязнением окружающей среды, освоение космического
пространства.
Что такое горение — знает каждый. Чиркнули спичку — идет
химический процесс. Это низкий уровень химии горения, но именно с
него все и начинается, а затем поступательно переходят на
следующую, более высокую ступень исследования макропроцессов,
постижению механизма химических реакций в пламени. Только
исследовав в деталях то, что происходит на молекулярном уровне,
можно получать эффективные виды топлива, бороться с пожарами и
прочее.
В Массачусетсе, в Калифорнии я изучал, находятся ли те молекулы,
которые интересуют меня, во время горения в той или иной части
пламени. Это особенно важно для понимания сути процессов,
происходящих во время сгорания ракетных топлив. Хочу похвалиться — работа
была опубликована в 2004 году в журнале «Сайенс». О ней
я рассказывал на семинаре.
Остановился профессор Вестмореленд и на взаимодействии с
Институтом химической кинетики и горения, в частности, с
лабораторией профессора Коробейничева. В институте находится одна
из 12-ти экспериментальных установок (на все лаборатории мира)
для изучения структуры пламени методами молекулярно-пучковой
масс-спектрометрии с мягкой ионизацией электронным ударом.
Ученому давно хотелось взглянуть на нее, на этот раз он
реализовал свое желание, побывал в институте.
Профессор Вестмореленд имел в виду одну из трех установок в
ИХКиГ, использующуюся для изучения структуры газовых пламен. Есть
еще две уникальные установки, единственные в мире, они позволяют
изучать структуру пламен энергетических материалов и, что
особенно важно, при высоких (до 20 атм) давлениях.
Профессор Адольф МАНТАШЬЯН руководит Институтом химической физики
Национальной академии наук Армении, является ее действительным
членом.
В проблематику его института, помимо множества других, входят
темы, связанные с процессами горения в газовой и конденсированной
фазах. На семинаре А. Манташьян как раз рассказывал об
исследованиях в данной области. Есть высокотемпературное быстрое
горение (горячие пламена), есть медленное низкотемпературное (так
называемые холодные пламена). Медленное имеет место во многих
процессах — двигателях внутреннего сгорания, в процессах,
протекающих под действием катализаторов. Процессы эти сложные.
Вредные соединения, возникающие в ряде медленных процессов
горения, при определенных условиях можно преобразовать в
соединения нужные.
— В частности, я говорил о том, как содержащийся в промышленных
выбросах сернистый газ можно превратить в другое соединение, тоже
оксид. И в результате получить серную кислоту, весьма ценный
продукт.
Процессы горения — область многообразная и сложная, выходящая на
решение задач в самых разных проявлениях — фундаментальных и
прикладных. Здесь много нерешенных проблем: как использовать
твердофазные, наноразмерные частицы сажи в различных областях
техники, как математически описать многофункциональные процессы
горения и какие устройства создать на основе полученных знаний.
Семинар я бы назвал очень продуктивным в том смысле, что
результаты фундаментальных исследований «прикладывались» к разным
сторонам нашей действительности — шла речь о том, как сделать
процессы горения безвредными, как предотвращать преждевременное
воспламенение, получать при горении больше тепла и т.д.
Профессор посетовал на то, что в силу новых жизненных реалий
сейчас реже приходится бывать в знаменитом новосибирском
Академгородке, где всегда проходит много интересных научных
форумов, каждый из которых — событие. Что ослабли контакты
руководимого им института в Ереване (в нем А. Манташьян работает
с момента создания НИИ, а директорствует почти 20 лет) и
сибирского института ИХКиГ — то и другое научное учреждение
создавалось примерно в одно время. И сюда академик приехал с
желанием предпринять шаги для интенсификации связей — у
коллективов во многом схожая тематика и подходы к решению
проблем.
— На следующий год в Ереване состоится симпозиум с подобной
тематикой, и я надеюсь увидеть на нем многих коллег и друзей.
 |
| Д-р Х. Яндр и молодые участники симпозиума.
|
Доктор Хельга ЯНДР (Геттингенский университет, Германия) впервые
приехала в Сибирь и была буквально очарована всем — природой,
погодой, дружелюбием и гостеприимством сибиряков. По натуре она
человек эмоциональный, называет себя романтиком, а здесь у нее то
и дело был повод, чтобы открыто выражать свои чувства.
— Очень хорошо организовано мероприятие. Много интересных людей,
сообщений. Я выступила с докладом об образовании в пламени
кластеров, сажи, наночастиц и ионов. То есть, речь шла о том, что
собой представляют частицы, и как они ведут себя в пламенах
богатых топлив. Тема эта прикладная, спрос на результаты
исследований всегда велик.
Доктор Хельга Яндр по ходу разговора о достоинствах
международного семинара, о наиболее впечатляющих на ее взгляд
сообщениях деликатно заметила, что хотела бы дать маленький
совет. Есть одна сложность, с которой приходится сталкиваться на
международных конференциях. Некоторые из участников плохо говорят
на английском, но пытаются делать доклады именно на этом языке.
Не стоит затрачивать таких усилий. Переводчики — на научных
форумах (и в частности — на данном) — прекрасные. И пусть
каждый занимается своим делом.
— Госпожа Яндр, хотелось бы еще приехать в Академгородок?
— Да! Да! В любое время!
Впрочем, такое желание высказывали многие.
Фото И. Рыбицкой
стр. 6-7
| 
