Zinātnes kafejnīca. Vai latvieši radījuši mūžīgā dzinēja priekšteci?

Ivars Austers: “Zinātnes kafejnīca” ir kļuvusi savādāka. Esam studijā, tumsiņā, paši nedaudz gaismiņā. Tas laikam tā simboliski – mēs nesam zinātnes gaismu! Šovakar mums saruna ar Artūru Brēķi, LU Fizikas institūta vadošo pētnieku. Mēs runāsim par fiziku, bet aizdomas, ka aiziesim arī inženieru lietās. Kas jūs esat – inženieris vai fiziķis?  

Artūrs Brēķis: No vienas puses – tas background (angļu val. – fons, pamats) ir 12 gadi studijas Rīgas Tehniskajā universitātē, it kā esmu izmācījies par inženieri. Bet tai pat laikā, strādājot starp fiziķiem, ja man jautā, tad es teikšu – inženieris, kuru par zinātnieku ir izaudzinājuši fiziķi.  

Ivars Austers: Tad inženieriem mazāk zinātne interesē? Vai savādāk?  

Artūrs Brēķis: Es neteiktu, ka mazāk. Šie abi cilvēciņi ir diezgan radniecīgi, bet dažādi. Kad man jautā, vai es esmu elektroinženieris vai fiziķis, es atbildu – es esmu magnetohidrodinamiķis. Un tā ir visprecīzākā atbilde. Šī ir superšaura nozare.  

Ivars Austers: Es nevaru izvairīties no tā, ko jūs esat uztaisījuši pēdējā laikā. Kopā nesajūgtu, samērā mazpazīstamu tehnoloģiju apvienojums vienā iekārtā – tas ir ievadteikums, citēju no interneta, no LU mājaslapas. Stāsts ir par kodoldegvielas siltumskaņā balstītu ģeneratoru… Nē, tas nav pareizi... Es tagad pats samulsu. Bet ideja ir tāda, ka jūs varat termoakustiski radīt kodoldegvielu siltumskaņā un beigās ģenerējat elektrību. Es palūgšu izklāstu, jo tur ir vairākas lietas, kas man šķita pievilcīgas un vienlaikus nesaprotamas. Tātad: nav kustīgu, dilstošu detaļu, kā tas viss var notikt? Mēs skatāmies klasiskos ģeneratorus – tur parasti kaut kas rotē. Tas ir mans amatierfiziķa priekšstats. Bet kā tas viss strādā?  

Artūrs Brēķis: Pareizi jau teici. Klasiski mēs iedomājamies ierasto ģeneratoru, kur kaut kas rotē, bet magnetohidrodinamikas burvība ir tā, ka elektromagnētiskās mijiedarbības principi un elektromagnētisma daba var izpausties vidē, kura ir šķidra. Mēs iedomājamies elektrības ražošanu, rotoram griežoties HES vai vēja turbīnā. Tai pat laikā ir drusku savādāki ģeneratori, kas staigā šurpu turpu – lineārie ģeneratori. Runājam par cietu ķermeni, kas kustās šurpu turpu. Tas ir virzulis, kas ar laiku nodilst, un ir pielietojumi, kur tas nav konkurētspējīgs. Savukārt mūsu gadījumā, runājam par šķidru elektrovadošu metālu, kurš šurpu turpu svārstās magnētiskā laukā. Un tas ir ļoti būtiski, ka šajā gadījumā nav vajadzīga apkope. Ja runājam par šķidruma kustību caurulē, arī ūdens agrāk vai vēlāk kādu caurumu caurulē izgrauzīs, bet tas būs nesalīdzināmi lēnāks process, nekā, ja runa ir par gultņiem vai kādu citu mehānisku, cietu detaļu, kas berzes dēļ ar laiku nodilst.  

Ivars Austers: Tas nozīmē, ka tagad var vienkārši ielādēt kodoldegvielu un izmantot kosmiskajos ceļojumus? Ja kaut kam ir gadu simtus vai tūkstošus jāceļo, tāds rotējošais elektrības ģenerators vienkārši pārstātu darboties nodiluma dēļ.  

Artūrs Brēķis: Pilnīgi pareizi. Tas jau arī ir tas iemesls, kādēļ šādām potenciālām ļoti ekstremāli ilgām kosmosa misijām ir svarīgs šis aspekts – nav nepieciešama apkope. Tas varētu būt konkurētspējīgi ar tehnoloģijām, kas ir piemēram Voyager kuģos. Tur gan ir cits princips, tur ir termoelektriskie ģeneratori.  

Ivars Austers: Tā termoakustika – tur vēl nāk kaut kāda skaņas lieta klāt, lai to visu iekustinātu.  

Artūrs Brēķis: Jā. Tas moments, kā mēs kustinām to nātriju, kā šī kustība norisinās – tas ir pateicoties tā sauktajām termoakustiskajām tehnoloģijām, kas ir diezgan specifiskas iekārtas, diezgan maz kur izmantotas pasaulē. Atsevišķās saldēšanas iekārtās, kriokūleros izmanto, piemēram, ASV. Tie ir siltuma pārveidotāji skaņā, izmantojot principu, kas ir zināmā mērā līdzīgs Stirlinga dzinējam. Tā doma ir tāda. Automašīnā mums ir iekšdedzes dzinēji, ja dzirdam “iekšdedzes”, tad acīmredzot ir arī ārdedzes, tas būtu loģiski. “Stirlingi” ir tā sauktie ārdedzes dzinēji, bet arī tur ir virzuļi. Zināmā mērā tas cikls ir termodinamiski radniecīgs termoakustiskajam ciklam, bet savādāks, jo tur ir kustīgas detaļas. Savukārt termoakustikas gadījumā gāze visu to darbu izdara. 

Ivars Austers: Vai tas nozīmē, ka vienreiz iekustina un tad viss notiek? Tad jau tas velk uz mūžīgo dzinēju! 

Artūrs Brēķis: Tā gluži nebūs. Princips tādam vienkāršam termonakustiskam dzinējam ir radīt lielu temperatūru starpību uz specifisku siltummaiņu. Tātad – vienu pusi sakarsēt, otru atdzesēt. Tā temperatūru starpība ir jānodrošina. Un jāpievada enerģija. Kosmosā mēs esam paredzējuši, ka tas siltums varētu būt no kodolelementiem, bet ir iespējami arī citi siltuma avoti.  

Ivars Austers: Kā jūs vispār šo visu izdomājāt sākt? Parasti kaut kas sākumā jau ir bijis. Ne jau senie grieķi par to domāja…  

Artūrs Brēķis: Te nospēlē tas, par ko visu laiku saka – starpdisciplinaritāte! Tīklošanās, draudzēšanās un kontakti no šķietami absolūti dažādām vidēm. Kad saiet kopā zinātnieki no pilnīgi dažādām nozarēm, tādos gadījumos arī tas rezultējas šādās jaunās iekārtās. Mēs, magnetohidrodinamiķi – mums pilnīgi neinteresē tā termoakustika, tā vairāk ir siltumfizika. Mums interesē elektromagnētisms, šķidrumu kustība. No otras puses ir tie termoakustiķi, viņiem ir savas konferences, un kad šie cilvēki satiekas, tad arī veidojas konsorciji, kuros raksta kopīgus projektus un izstrādā šādus prototipus.  

Ivars Austers: Šis jau arī ir starptautisks projekts par SpaceTrip prototipiem? 

Artūrs Brēķis: Jā, tas bija liels konsorcijs. Kopumā mēs bijām piecas dalībvalstis – Francija, Itālija, Vācija, Nīderlande un mēs.  

Ivars Austers: Kā var tā sadraudzēties? Parasti jau saka, ka grūti esot dabūt tādus projektus?  

Artūrs Brēķis: Reizēm gadās… Protams, tīklošanās ir vesels process. Ir jābraukā visu laiku apkārt. Tas vispār ir viens no zinātnes būtiskiem momentiem. Es esmu sapratis, ka zinātniekam ir jābraukā apkārt, jāklīst pa pasauli. Un tas man ļoti patīk zinātnē, ka vari pabraukāt, vari iepazīties ar vienu, ar otru. Nesen biju Norvēģijā lasīt vieslekciju – jau runājām, ko pie viņiem, “arktiskajā universitātē” Norvīkā varētu pasākt, kādu sadarbību izveidot. Ir jādraudzējas un jātīklojas – tas ir super būtiski zinātnē!  

Ivars Austers: Es gribu arī dažus naivus jautājumus uzdot un pēc tam atgriezīsimies pie projektiem. Vispār var saprast, kā elektrība plūst? Tā pati metafora – elektrība plūst… Bet droši vien jau pa tiem vadiem tur nekas nenotiek. Vari šo kaut kā pastāstīt?  

Artūrs Brēķis: Atceros no saviem studiju laikiem, mums viens profesors teica, ka īsti neviens nevar atbildēt, kas ir elektrība. Pateiksi – elektronu plūsma, fiziķis uzreiz teiks – muļķības! Elektrība ir tik ļoti plaša! Zibens spēriens arī ir elektrība no vienas puses. Arī šis projekts – varbūt tā ir jauna elektrība.  

Ivars Austers: Reizēm, kad runā par atklājumiem, tad runā par metaforām, tēliem, ko tu izmanto par atskaites punktiem. Daudz ko jau aizņemamies no kaut kā cita. Ieraugi dabā un saproti – te ir laba ideja! Kā ir šādu izgudrojumu gadījumā? Kā izdomā tādus risinājumus? To var kaut kā paskaidrot? 

Artūrs Brēķis: Šis ir smags jautājums… Es nezinu vai par metaforām, bet jābūt ārprātīgam fanātismam, lai strādātu. Zinātnieki ir mazliet ķerti, bet pozitīvā nozīmē. Jābūt tam trakumam, tam fanātismam.  

Ivars Austers: Pie gultas papīrītis ar zīmuli, ja naktī pamosties, lai var pierakstīt?  

Artūrs Brēķis: Viena no manām disertācijas apakšnodaļām tiešām daļēji sapnī atnāca, ka šādu magnētisko konfigurāciju varētu lietot, tas visticamāk strādās. Tiešām ir bijis, ka pat mašīnā braucot rodas idejas. Vai pa dienu esi dzirdējis, ko kolēģis stāsta, un padomā – hei, bet šo es varu piekombinēt savai iekārtai, tā ir laba doma! 

Ivars Austers: Kā pats nonācāt līdz šīm lietām? Tas nav tikai pēc doktora grāda iegūšanas un pētnieka darbs Fizikas institūtā. Tas jau tāds gadiem krāts izglītības kapitāls. 

Artūrs Brēķis: Tas laikam bija kāds trešais, ceturtais kurss bakalaura laikā, kad sāku saprast, ka man gribas gūt praktisku pieredzi. Sāku skatīties piedāvājumus. Fakultātē pie sienas bija sludinājums, ka institūts meklē darbinieku un viņiem vajadzīgs cilvēks, kurš kaut ko saprot no mērīšanas iekārtām. Un tā kā mēs diezgan daudz ar to laboratorijās bijām strādājuši, man likās, ka vajag pamēģināt. Tā es nonācu institūtā. Kas man patika sludinājumā – futbols katru nedēļu! Svēta tradīcija institūtā 50 gadu garumā. Un vārdi “kolēģi, kas nav sausiņi”. Tas tiešām piepildījās.  

Ivars Austers: Es gribu saprast, kā tas viss sākās. Ar skolas laikiem? Tā bija nejaušība vai “jau kopš piektās klases man patika būvēt, lodēt, saprast”?  

Artūrs Brēķis: Ja godīgi, man nebija tā, ka no 7. līdz 12. klasei tikai fizika un matemātika jāmācās. Jā, man bija interese par inženierzinātnēm, daudz maz labi gāja fizika un matemātika, bet nebiju teicamnieks. Tad es pārgāju uz Pļavnieku ģimnāziju un tur bija ļoti harizmātisks vēstures skolotājs. Līdz tam humanitārās zinātnes ne pārāk interesēja, bet, nonākot šajā skolā, fizika un matemātika palika otrajā vietā. Beigās es liku centralizēto eksāmenu vēsturē, saņēmu A vērtēju un biju pārliecināts, ka jāiet studēt vēsture.  

Burtiski bija dažas dienas palikušas līdz dokumentu iesniegšanai un mamma jautāja – ko tad es esmu izlēmis? Teicu, ka laikam jāstudē vēsture, bet viņa mudināja – pamēģini to fiziku, elektrotehniku, ja tev iepriekš labi gāja, gan jau tiksi galā. Un vēl man labs draugs studēja enerģētiku un viņš piedāvāja atnākt paskatīties, kā notiek studentu dzīve neformālā vidē. Tāda kā studentu “ēnošana”.  Aizgājām, redzēju kā pēdējā solā čaļi kārtis spēlē (smejas), bet kopumā bija interesanti un likās, ka te pat varētu studēt. Tā beigās arī notika – iesniedzu dokumentus studijām enerģētikā. Un nenožēloju nevienu brīdi.  

Ivars Austers: Skatoties uz to vēstures pusi – vēsturnieki var kaut ko no inženieriem, fiziķiem mācīties?  

Artūrs Brēķis: Pilnīgi noteikti! Izrakumos piedaloties, izrok ārā, piemēram, vecas šautenes, tur jābūt vairāk nekā tehnikas zināšanām! Pirms gadiem diviem pie mums institūtā vērsās kāda vēsturniece un piedāvāja piedalīties pētījumā par podnieka ripas mehāniku. Tīri no fizikas viedokļa – kā tad tā mehānika podniecībā darbojas. Tas mani ļoti piesaistīja! Kā nekā vēsture man ļoti patika. Tāds varbūt nepiepildītais sapnis – studēt vēsturi, tad nu piedalījāmies pētījumā. Beigās uzrakstījām ļoti labu publikāciju kopā ar arheologiem no Latvijas Vēstures muzeja. 

Ivars Austers: Kā būs ar elektrību nākošajās desmitgadēs?  

Artūrs Brēķis: Ir svarīgi saglabāt diversifikāciju dažādiem enerģētikas veidiem, neuzsēsties tikai uz vēja vai tikai uz saules enerģijas. Nedomāju, ka vajadzētu pilnībā atteikties no kādiem enerģijas ieguves veidiem. Ļoti būtiski ir kodolenerģija, tas ir viens no drošākajiem enerģijas veidiem. Mēs redzējām, kas notika, kad nopludināja Nova Kahovkas HES dambi Ukrainā – ziepes nav mazākas par to, ja uzsprāgst Fukušima. Tā ir liela traģēdija. Domāju, ka daļai sabiedrības viedoklis pamainījās, jo tas, ko mēs redzējām televīzijā – tas tiešām bija ārprāts!  

Ivars Austers: Latvijā būs kodolenerģētika tuvākajos pārdesmit gados?  

Artūrs Brēķis: Es gribētu cerēt, ka būs. Bet tur ir ļoti daudz izaicinājumu – sākot ar kadru sagatavošanu, infrastruktūru šo cilvēku izglītošanai, lai būtu, kas tur strādā utt. Bet uz to ir jāiet! Esmu atomenerģētikas atbalstītājs. Ņemot vērā arī to, ka mums jau ir kompetence ātro neitronu reaktoru dzesēšanas tehnoloģijās – tā ir viena no mūsu institūta specializācijām! Ir ļoti specifiski viena tipa atomreaktori, kas tiek dzesēti ar šķidru metālu. Tur nāk talkā elektromagnētiskie sūkņi, kas pārsūknē šķidru metālu. Tā ir ļoti specifiska detaļa. Jā, mēs varbūt neesam speciālisti visā šo reaktoru tipā, bet ir kompetences, kas ir mūsu stiprās puses.  

Ivars Austers: Tad fizika skolā jāmācās pa riktīgam, lai tas notiktu, vai tas notiks pats no sevis?  

Artūrs Brēķis: Fizika jāmācās jebkurā gadījumā. Ikvienam cilvēkam, ikvienam pilsonim ir jāapgūst un jāmācās. Dabaszinātnes un inženierzinātnes – tā ir nākotne.  

Ivars Austers: Kā to fiziku padarīt mācāmu skolā? Cik esmu runājis ar skolas vecuma cilvēkiem, es speciāli nesaku – bērniem – tie skolotāji reizēm ir vairāk tādi neskolotāji. Kas nozīmē, ka viņi vairāk atgrūž un atbaida, nekā ievelk visā tajā procesā.  

Artūrs Brēķis: Es ļoti labi atceros savu fiziskas skolotāju, 7.-8. klase, kas man ielika fizikā pašus pamatus. Skolotājs Raitis Streičs, ļoti labi zināms arī plašākai sabiedrībai. Tas bija tas gadījums, kad viņš bija ļoti jauns, tikko no studijām, viņam bija ļoti svaigas zināšanas un pieeja. Tas bija tas, kas man ļoti patika – viņš nebija iesūnojis 10 un 20 gadus vienu un to pašu stāstot.  

Domāju, ka tagad skolēniem ir krietni labāk, jo tehnika ir attīstījusies, laboratorijas ir labāk aprīkotas. Skolēniem ir pat interesantāk mācīties, nekā laikā, kad es gāju skolā. 

Ivars Austers: Ko darīt pieaugušam cilvēkam, kuram ir jau bakalaura grāds, maģistra grāds, bet saproti, ka no fizikas neko nesaproti? Tev ir bijušas interesantas studijas vēsturē vai socioloģijā vai citur, bet gribas to fiziku saprast. Kāda  izeja ir?  

Artūrs Brēķis: Nekad nav par vēlu mācīties! Zinu gadījumus, kad doktora grādu iegūst 70 gados. Ar ko sākt? Jāņem savas fizikas grāmatas, kas saglabājušās plauktā un mēģināt atcerēties! Man ļoti patīk, ja pie rokas ir avots vai tā grāmata, kuru jau esmu lasījis. Tas ir komplekts, kuru es pazīstu, mans arsenāls! 

Raidierakstu klausies un skaties sev ērtā laikā un vietā: LU Facebook, LU Youtube, RadioNABA arhīvā un Spotify kanālā!