На смену фреону

И это не шутка. Сотрудники Института физики ДНЦ РАН в сотрудничестве со своими коллегами из России и других стран добились результатов, которые, по мнению экспертов, значительно приближают к решению этой задачи. Вот что пишет сайт «Наука и технологии России» (специализированное интернет-издание, созданное при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, которое рассказывает о достижениях российских ученых, новых отечественных технологиях): «Российские и испанские ученые разработали новый метод измерения магнитокалорического эффекта в сплавах Гейслера. Ученые из Института физики им. Амирханова Дагестанского научного центра РАН, Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН, Челябинского государственного университета и университета Овьедо (Испания) разработали простой прямой метод для изучения магнитокалорических свойств сплавов Гейслера, и применили его на практике. Исследования этих сплавов проводятся для разработки холодильников нового поколения».

– Обычные бытовые холодильники основаны на компрессионном принципе. Охлаждающая жидкость под сильным давлением выталкивается в испаритель, который находится внутри холодильной камеры. В момент возвращения к нормальному давлению жидкость превращается в пар, забирая при этом тепло из внешней среды.

У этих холодильников есть ряд недостатков: охлаждающая система требует много места, издает шум, потребляет много электроэнергии, требует специальной утилизации (в качестве хладагента применяются фреоны, а при попадании в атмосферу эти вещества разрушают озоновый слой). Именно поэтому сегодня ученые в разных странах работают над созданием магнитных холодильников, – рассказывает Ахмед Алиев.

Охлаждение будет происходить за счет изменения состояния магнитного поля охлаждающего материала. Уже давно был открыт эффект, при котором некоторые материалы при помещении их в магнитное поле меняют свою температуру. В ходе дальнейших поисков ученые обнаружили, что у некоторых материалов эти изменения такой величины, что на их основе можно создать холодильные машины, которые будут эффективнее традиционных, использующих фреон. Суть задачи состоит в том, чтобы найти такой материал.

Наиболее перспективными материалами для этого признаны так называемые сплавы Гейслера. Это относительно новый материал в физике.
«Сплавы Гейслера – это тройные сплавы, образованные атомами металлов с определенным строением электронных оболочек. Свойства атомной структуры таких сплавов приводят к ряду интересных физических свойств. Все сплавы Гейслера – ферромагнетики, то есть способны намагничиваться во внешнем поле, но не проявляют магнитных свойств в его отсутствие. Все они хорошо проявляют магнитокалорический эффект», – поясняет ученый.

Во всем мире были исследованы сотни сплавов. На основе некоторых из них были даже созданы первые модели магнитных холодильников. Но это не более чем прототипы, опытные образцы. Широкого применения они пока не получили из-за недостаточной эффективности и дороговизны.

Здесь мы, по словам Ахмеда Алиева, подходим к сути проблемы. Она состоит в точной оценке свойств материалов в условиях изменения магнитного поля. Ранее тестовые образцы исследовали в условиях, далеких от тех, которые имеют место при практическом использовании. Как считает Алиев, им с коллегами удалось преодолеть этот барьер. Сотрудниками лаборатории Института физики ДНЦ РАН была создана уникальная установка. Как говорят ее авторы, она позволяет не только охладить элементы до ранее невиданных величин, но дает возможность проводить измерения с большой точностью, до тысячных долей градуса.

«Мы впервые протестировали некоторые классы магнитокалорических материалов в тех условиях, которые будут в реальных холодильниках. В качестве одного из образцов для исследований нами был выбран сплав Fe-Rh (сплав железа и родия). Так вот, если до этого его удалось охладить при введении в магнитное поле на величину в 10 градусов Цельсия, то нами была достигнута величина в 20 градусов. Никогда ранее во всем мире не удавалось охладить какие-либо материалы на такую величину за один цикл изменения магнитного поля», – рассказывает он.
Ахмед Магомедович демонстрирует свою установку. По его словам, они с коллегами собирали ее своими руками практически в кустарных условиях. Некоторые детали были приобретены на рынке Ирчи Казака.

С миру по нитке – так можно оценить условия, в которых работают дагестанские ученые. Образец магнитных сплавов для экспериментальных исследований был предоставлен коллегами из испанского Овьедо. Стоимость образца толщиной всего в несколько микрон была равна годовому бюджету дагестанского научного учреждения.

Научные изыскания осуществлялись без постоянной поддержки. Единственным подспорьем стал грант от Российского фонда фундаментальных исследований в размере 500 тысяч рублей. Для примера: NASA выдало пожизненный грант в размере миллиона долларов в год американскому ученому Шнайдеру на решение задачи создания магнитных холодильников.

Тем не менее, как говорят Ахмед Алиев и его соратники, скромное финансирование не отражается на их научном рвении. Наоборот, это подстегивает их желание не уступать своим более обеспеченным коллегам.