Arainfo.kz - жастарға арналған басылым

Байланыс

Ұлы жетістіктердің алғышарты – ғылым

Ұлы жетістіктердің алғышарты – ғылым
ашық дереккөз
Ұлы жетістіктердің алғышарты – ғылым
Ықылым заманнан бері адамзат оттан жылу энергиясын алып келеді. Жылу энергиясын тұтынуда пенде біткен ағаштан бастап көмір, көгілдір отынға дейін шектеусіз пайдалануда. Дегенмен газ, көмір қоры шектеулі. Күндердің күнінде олар да сарқылады. Сол секілді ғылым мен білімнің жетістігі арқасында ғалымдар электр энергиясының көзін судан, қазіргі таңда жел мен күн сәулесінен тауып, ол қоғам игілігі үшін пайдаға асырылуда. Дегенмен қазіргі уақыт талабы ірі электр стансаларын салуды қажет етіп отыр. Мұндай технологияның бірі – атом электр стансасы. Экологиялық апаттың зардабын ескерген әлем ғалымдары термоядролық синтез (сарқылмайтын қуат көзі) арқылы шексіз қуат өндіруді қолға алған. «Қазақстанды қайтсек өркениетті елдер қатарына қосамыз?» деп бас қатырып жүрген ғалымдар да осы мәселе төңірегінде ізденіс үстінде жүргенін айта кетуіміз керек. Мәселен, сарқылмайтын қуат көзін қолданысқа енгізу мәселесін облыстың жас ғалымдары да зерттеп жүр. Атап айтқанда, М.Х.Дулати атындағы Тараз өңірлік университетінің «Физика және IT» кафедрасының аға оқытушысы Қанат Әбидин мен аталған университеттің «Физика және информатика» кафедрасының физика пәні мұғалімі Алимардан Нұрбердиев бірлесіп, «Жұлдыздарда жүретін термоядролық процестің моделін жасау» жобасын қолға алды. Жас ғалымдар өткен жылы осы жобалары арқылы «Тәуелсіздік ұрпақтары» грантын жеңіп алып, аймақ басшысы Ербол Қарашөкеевтің марапатына ие болған еді. «Жасыл энергия көзі – ғылым нәтижесінің ертеңі» ұранымен жүзеге асырылып жатқан жобаның болашағы зор. Жоба жетекшілерінің айтуынша, егер бұл әрекет ойдағыдай жүзеге асқанда атомдарды ыдырату арқылы жұмыс істейтін кәдімгі атом электр стансаларына да, көмірсутек отынына да балама бола алатын еді. Сонымен қатар атмосфераны бүлдіретін зиянды заттар да жойылатын еді. – Бұл жұмыста термоядролық реактордың қарапайым түрін жасау арқылы лабораторияда жұлдыз моделі құрылды. Оқу орындарында астрономияны және атомдық физиканы оқытуда лабораториялық жұмыс дайындалды. Термоядролық реакцияны энергия көзі ретінде қарастыруға болатындығы дәлелденді. Термоядролық реакция арқылы орасан зор энергия алуға болатындығы кішігірім жұлдыз моделін жасау арқылы көрсетілді. Әлемде табиғат экологиясын қорғау мақсатында қауіпсіз һәм қуатты энергия түрін қолдануды қолға алуымыз керек. Жерден алынатын көмір мен газдан ауаның ластану көрсеткішін төмендету үшін табиғатқа тәуелсіз жасыл энергия түрін қолдануымыз керек. Жалпы термоядролық реакция немесе термоядролық синтез – өте жоғары температурада жүзеге асатын ядролардың бірігуі. Сутек, гелий, литий секілді жеңіл элементтерді жүздеген миллион градусқа дейін қыздырғанда олардың бейтарап атомдарының тұтастығы жоғалып, ядролар мен электрондарға ыдырайды. Нәтижесінде оң зарядты ядролардан, теріс зарядты электрондардан тұратын ерекше орта, жоғары температуралы плазма пайда болады. Мұндай плазма ядролар кулондық тебіліс бөгетінен өте алатын кинетикалық энергияға ие болады. Осылайша температурасы жүздеген миллион градус болатын ыстық плазмадағы ядролар аса үлкен жылдамдықпен бір-біріне жақындап, ядролық күштердің әрекет аймағына енеді. Сол сәтте-ақ тегеурінді ядролық күш оларды біріктіріп, жаңа ядроны түзеді. Бұл кезде пайда болған масса ақауы есебінен аса мол энергия босап шығады. Негізінде қолдан басқарылатын термоядролық реакцияларды іске асыру кезінде зор қиындықтарға кезігеді. Оларды жүзеге асыру үшін үш мәселені шешу керек. Алдымен сутек газын қыздыру арқылы ыстық плазманың температурасын ондаған миллион градусқа көтеру қажет. Сондай-ақ термоядролық реакцияны тұтандыру үшін ыстық плазманы суытпай, белгілі бір көлемде кем дегенде +101-102°C ұстап тұру қажет. Сонымен қатар термоядролық реакция қарқынды жүріп, энергия шығыны қажетінше мол болуы үшін ыстық плазмадағы дейтерий ядроларының тығыздығы белгілі бір шамадан кем болмауы тиіс. Осы үш шарт қатарынан орындалса ғана басқарылатын термоядролық реакцияны іске асыруға болады. Алайда плазма заттың ең орнықсыз күйі болғандықтан бұл шарттарды бір мезгілде орындау мәселесі әлі күнге шешуін таппай отыр, – дейді Қанат Шолпанұлы. Жұлдыздардың қуат көзі туралы мәселе XIX ғасырдың 40-жылдары энергияны сақтау заңы тұжырымдалғаннан кейін пайда болған екен. Сутектің гелийге айналуы кезінде энергия бөлінеді деген гипотезаны 1920 жылы Артур Эддингтон алға тартқан. Содан кейін осы үдеріске тән реакциялар тізбегі табылды. Мәселен, 1941 жылы Мартин Шварцшильд термоядролық энергия көзі бар Күн моделін есептеп шығарды және Күннің кейбір байқалатын қасиеттерін теориялық тұрғыдан болжай алды. Осылайша жұлдыздардың ішкі бөлігіндегі синтез теориясы расталды. Кейінірек жұлдыздардың ішінде пайда болатын басқа реакциялар анықтала бастады. Жоба жетекшілерінің бірі Алимардан Нұрбердиевтің сөзінше, жұлдыздарда оны жап-жарық етіп тұратын энергия көзі бар. Жұлдыздардың ішкі температурасы өте жоғары болғандықтан онда ядролық реакциялар жүреді екен. – Ядролық реакциялар кезінде нуклеосинтез түзіліп, қуат алынады. Энергияның көп бөлігі жылуға айналады, ол біртіндеп жұлдыздың бетіне фотондармен қайта шығарылады. Энергияның аз бөлігі нейтрино түрінде шығарылады, олар жолында еш нәрсемен әрекеттеспей өтіп кетеді. Реакцияның жылдамдығы жұлдыздың ішкі температурасы мен тығыздығына байланысты. Ядролық синтез реакциясы соқтығысатын ядролар тартылыс аймағында болған кезде басталады. Ядролық реакциялар нәтижесінде әртүрлі химиялық элементтердің ядролары түзіледі. Төмен массалы жұлдыздар сутектен гелийді синтездеуге қабілетті болады. Ядролық реакциялар нәтижесінде жұлдыздардың химиялық құрамының біртіндеп өзгеруі олардың эволюциясы болып есептеледі. Атом ядроларындағы нуклондар ядролық өзара әрекеттесу күштерімен байланысады, бірақ бұл күштер тек қысқа қашықтықта әрекет етеді. Ол – ядро мөлшерінің реті, ал үлкен қашықтықта кулондық итеру басым болады. Бұл дегеніміз, термоядролық реакция пайда болуы үшін ядролар кулондық тосқауылдан өтуі керек. Өзін-өзі қамтамасыз ететін термоядролық реакциялар – ядролық энергияның тиімді көзі. Алайда оларды жерде жүзеге асыру қиын, өйткені бұл үшін үлкен температурада ядролардың жоғары концентрациясын сақтау қажет. Өзін-өзі қамтамасыз ететін термоядролық реакциялардың жүруіне қажетті жағдай энергияның негізгі көзі саналатын жұлдыздарда болады. Жер бетінде сутегі бомбасын жару арқылы өте қысқа уақытта орасан зор энергия бөлінетін өзін-өзі қамтамасыз ететін термоядролық реакциялар жүргізілген. Мұндай жарылыстарда энергияның бөлінуін қамтамасыз ететін негізгі термоядролық реакциялардың бірі – нейтрон шығаратын гелий ядросына екі ауыр сутегі изотоптарының (дейтерий мен тритий) бірігу реакциясы болады, – деді А.Нұрбердиев. Ғалым айтқан бұл реакция алғаш рет 1950 жылы Қазақстанда Семей полигонында жүзеге асырылған. Термоядролық жарылыста атом бомбасының заряды мен сутек изотоптарының бірігуінен қуат алынады. Термоядролық синтез кезінде бөлінетін энергия мөлшері ядролық бөліну реакцияларына қарағанда төрт есе көп. Теориялық тұрғыдан алғанда, реагенттердің бірнеше грамын қолдана отырып, бір тераджоуль энергия өндіруге болады. Бұл дамыған елдегі бір адамға алпыс жыл ішінде қажет энергияға тең. Ғалымдар термоядролық синтез миллиондаған жылдар бойы адамзаттың энергетикалық қажеттіліктерін толық қанағаттандыратынын алға тартады. Өйткені термоядролық отын ұзақ сақталатын жоғары белсенді ядролық қалдықтарды, көмірқышқыл газын және басқа да парниктік газдарды атмосфераға шығармайды. Атом электр стансалары мен термоядролық электр стансалары экологияға әлдеқайда зиянсыз. Статистикаға сәйкес, 1 килограмм көмірді жаққан кезде 7 кВт/сағат энергия өндірілсе, 1 килограмм газ 14 кВт/сағат энергия бөледі. 1 килограмм ураннан 620 000 кВт/сағат энергия өндіріледі. Энергия тиімділігі тұрғысынан уран көмірге қарағанда 90 000 есе және газға қарағанда 45 000 есе тиімді. Жаһандық деңгейдегі жобаның авторлары ғылыми жобалармен бірнеше жылдан бері айналысып келеді. Қанат Әбидин 2016 жылы Абай атындағы Қазақ ұлттық педагогикалық университетін «Ғылыми физика» мамандығы бойынша аяқтаған. Мұнан соң 2016-2018 жылдары аталмыш университетте дәл осы мамандық бойынша магистратурада білімін жалғастырса, 2018-2021 жылдары аталған мамандық бойынша докторантураны бітірген. Магистратурада оқып жүргенде 2017-2018 жылдар аралығында өзі білім алатын Абай атындағы Қазақ ұлттық педагогикалық университетте инженер болып жұмыс істейді. Бұдан бөлек 2018-2022 жылдар аралығында «Агроинженерия ғылыми-өндірістік орталығы» жауапкершілігі шектеулі серіктестігінде еңбек еткен. Қазіргі уақытта 2022 жылдың қыркүйегінен бастап М.Х.Дулати атындағы Тараз өңірлік университетінің «Физика және IT» кафедрасының аға оқытушысы қызметін атқарып келеді. Алимардан Нұрбердиев Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университетінің түлегі. Ол 2016 жылы «Физика-технология» факультетінің «Бейсызық және қатты дене» кафедрасына «Физика және астрономия» мамандығына мемлекеттік грантпен оқуға түсіп, аталмыш оқу орнын үздік аяқтаған. Білім алып жүргенде 2019 жылы аға оқытушысы Нұркен Ізтілеуовпен бірге «Жалпы астрономия есептер жинағы» атты қазақ тіліндегі оқулықты жазған. Бір жылдан кейін, яғни 2020 жылы әйгілі профессор Зейнулла Жаңабайұлымен бірге «Галактикалар жиынының корреляциялық, фракталдық өлшемділіктері» атты тақырыпта жұмыс жүргізіп, оны компьютерде модельдеген. Сондай-ақ 2020 жылы бакалаврды бітіріп, 2020-2022 жылдары М.Х.Дулати атындағы Тараз өңірлік университетінде мемлекеттік грантпен «Физика педагогтарын даярлау» мамандығында магистратурада оқыған. Сол тұста профессор Темірхан Бижігітовпен бірігіп жазған «Сыртқы параметрлердің сұйықтардың тұтқырлық коэффициентіне әсері» атты мақаласы халықаралық «РИНЦ» журналында жарияланған. Қос жас ғалым да тәжірибесі толысқан, өз салаларының білікті маманы. Жаңашыл жастардың жаһандық жобасы болашақта әлемге танылған ғылыми жаңалыққа айналып жатса, бұл қазақ ғалымдарының ортақ абыройы деп ойлаймыз. Ақтоты ЖАҢАБАЙ
AR-AY
Автор

AR-AY

Arainfo.kz жастар газеті

Ұқсас жаңалықтар