З початку повномасштабного вторгнення українці навчилися не боятися російських погроз, зокрема, й «шантажу» вдарити зброєю масового ураження. І українські військові, і цивільні прораховують загрози й готуються до всіх можливих сценаріїв. Свій вклад у формування системи захисту від зброї масового ураження вносять і науковці.
Команда вчених Львівського національного університету імені Івана Франка виконує проєкт «Багатофункціональні органічно-неорганічні магнітоелектричні, фотовольтаїчні і сцинтиляційні матеріали» (який переміг у конкурсі «Підтримка досліджень провідних та молодих учених»), і вже отримала результати, важливі для обороноздатності країни.
Про суть роботи ми попросили розповісти керівника проєкту, професора Володимира Капустяника.
«Під час виконання проєкту було створено матеріали та отримано результати, які мають величезне значення для зміцнення обороноздатності та відбудови країни. Зокрема, створено ефективні матеріали – сцинтилятори, необхідні для виробництва детекторів іонізаційного випромінювання. Ці детектори потрібні для формування системи захисту від зброї масового ураження», – пояснив Володимир Богданович.
Сцинтилятори застосовують у багатьох галузях (наприклад, для виробництва томографів), але в умовах війни найважливіший напрям їхнього використання — захист від «ядерки». «Ми повинні бути готові до будь-якого варіанту розвитку подій, маємо будувати систему захисту. У разі застосування ядерної зброї чи спровокованої аварії на АЕС люди зазнають впливу інтенсивних потоків заряджених частинок та іонізаційного випромінювання. Ці частинки та випромінювання потрібно буде якнайшвидше зареєструвати й ідентифікувати», – наголосив співрозмовник.
Принцип застосування нових сцинтиляційних матеріалів, отриманих в рамках проєкту, за словами Володимира Капустяника, дуже простий. Заряджена частинка чи іонізаційне випромінювання при потраплянні у кристал сцинтилятора (чи у відповідний матеріал у рідкому стані) генерують світловий спалах. Фотодетектор реєструє цей спалах і підтверджує факт присутності частинки чи кванта випромінювання. «Хороші сцинтилятори — ті, які дають максимальний світловий вихід і найкоротший час свічення. Короткий – бо частинок багато, їх потрібно реєструвати по черзі: одну, другу, третю. Важливо також, щоб сцинтилятор був максимально ефективний, щоб для реєстрації однієї частинки не потрібно було, образно кажучи, кілька тонн матеріалу», – зазначив дослідник.
За цими характеристиками вчені й шукали нові матеріали. Знайшли одразу декілька, які можна використати у формі монокристала, тонкої плівки або мікрокомпозита. Водночас, учасники проєкту розробили нові термохромні мікрокомпозити, надзвичайно чутливі до малих доз іонізаційного випромінювання. Під дією випромінювання матеріали змінюють колір, їх можна використати в індивідуальних датчиках.
Також під час виконання проєкту створено матеріали (магнітні мультифероїки) для магнітного запису інформації без розсіювання енергії в комп’ютерах нового покоління. У перспективі вони можуть допомогти розв’язати проблему перегрівання комп’ютерів.
– У більшості гаджетів використовують так званий магнітний запис інформації, – пояснив пан Володимир. – Якщо говорити зовсім просто, то під час цього процесу через «магнітну голівку» пропускають струм. Відповідно, пристрої перегріваються. Надпотужні комп’ютери перегріваються так сильно, що їх доводиться охолоджувати рідким азотом. Розв’язати цю проблему може інший принцип запису інформації. Магнітні мультифероїки дають можливість записувати інформацію без пропускання струму і, відповідно, без перегрівання.
Проблемою є те, що магнітні мультифероїки, як правило, дають потрібний ефект при дуже низьких температурах (близьких до абсолютного нуля). Тому головне завдання вчених – знайти матеріали, що матимуть значний магнітоелектричний ефект при температурах, наближених до кімнатної.
Команда проєкту суттєво просунулася у розв’язанні цього питання: науковці виявили магнітоелектричний ефект при мінус 23 градусах по Цельсію. «Наступне завдання – знайти магнітні мультифероїки, які працюватимуть і при вищих температурах. Це надзвичайно важливо для «оборонки», адже за допомогою комп’ютерів наші воїни керують артилерією, дронами тощо», – наголосив Володимир Капустяник.
На жаль, у 2022 році фінансування проєкту було призупинено (кошти НФДУ було направлено на оборону країни), нині ж науковці знову продовжують роботу.
У 2023 році вчені планують отримати і дослідити також матеріали для виробництва сонячних батарей нового типу. За їх задумом, ці батареї можна буде використовувати як мобільні/автономні джерела енергії під час бойових дій, блекаутів та при відбудові країни. «Технології виготовлення сонячних батарей дуже складні, а вартість – висока. Ми ж пропонуємо замінити дорогі й складні елементи на основі напівпровідників на сегнетоелектрики (що можуть генерувати фотострум під впливом світла). Це зробить виробництво батарей простішим і дешевшим», – розповів керівник проєкту.
Для досягнення цієї мети вченим треба подолати чимало «перепон». Зокрема, придумати, як «перетворити» об’ємні монокристали (у яких ефективність перетворення енергії дуже низька) на тонкі плівки. «Ми ставимо собі задачу: або знайти нові, набагато ефективніші сегнетоелектрики, або оптимізувати характеристики вже відомих матеріалів», – додав Володимир Капустяник.
Проєкт виконує високопрофесійна команда, яка, окрім наукових задач, сьогодні розв’язує й чимало інших проблем. Наприклад, намагається компенсувати відсутність двох науковців, які захищають Україну та дослідниці, що виїхала за кордон у перші дні великої війни.
– Ми не скаржимося, – наголосив керівник проекту, – хлопці воюють, а ми робимо все, що можемо, в тилу. В нашій команді працюють і експериментатори, і теоретики. Експериментатори вирощують кристали, продукують наносистеми, досліджують їхні властивості, а фахівці з комп’ютерного моделювання передбачають властивості нових матеріалів. Такий баланс теорії й експерименту дуже корисний. Окрім того, важливо, що ми – команда, кожен член якої дбає не про свій індивідуальний статус, а про спільний результат. Сподіваємося, все вдасться».
Світлана ГАЛАТА
