Интервю с доц. Василка Пенчева от лабораторията по „Лазерна локация” на Института по електроника „Акад. Емил Джаков” към БАН

  1. Кратка информация за изследователя

Казвам се Василка Христова Пенчева, доцент съм в лабораторията по „Лазерна локация” на Института по електроника „Акад. Емил Джаков” към Българската академия на науките, с научна степен „доктор”, в направление – Физика, специалност „Физика на вълновите процеси”. Научната и образователна степен „доктор на физико-математическите науки” по специалността „Радиоелектроника, в това число квантова”, получих в Института по обща физика „Акад. Александър Прохоров” на Руската академия на науките.

2. С какво се занимавате на работното си място? (Ежедневието на на един учен) – проекти, изследвания,…

Отговорът на този въпрос ме мотивира да се постарая в представянето на „ежедневието на един учен”, че то да не прозвучи формално, с което да затвърди наложеното в обществото пренебрежително отношение към научната работа. Работя в лабораторията по „Лазерна локация”, в която провеждаме експериментални и аналитични научни изследвания, насочени към дистанционен мониторинг на атмосферните аерозоли и газови замърсители. Лабораторията ни от години е включена, като лидарна станция в Европейската лидарната мрежа за наземно базирани измервателни станции на атмосферен пренос. През последните няколко години усилията на колегите ми, както и моите, са насочени в изпълнение на задачи по проект с Министерството на образованието и науката “Национална научноизследователска инфраструктура за наблюдение на атмосферните аерозоли, облаци и газови замърсители, интегрирана в рамките на пан-Европейската инфраструктура ACTRIS”, (ACTRIS BG), 2017-2023 г.

Задачите, по които работя, са свързани с дистанционен мониторинг на атмосферното съдържание на водни пари и други парникови газове, в приземния слой. Те имат основен принос в климатичните промени. Изследваме ги чрез лидари на базата на мощни широкоспектърни лазерни диоди. Финансирането на проекта ни е от една страна, висока оценка на досегашните научни постижения на членовете на колектива и на нашата разпознаваемост сред научната колегия на европейско ниво. От друга, изисква от нас да надградим качествено тези постижения. Това определя ежедневните ми дейности, като основно те са в организация на ескперименталната измервателна диодно-лазерна система, в която се наложи да бъдат направени основни допълнения в приемо-предавателния оптичен блок. Работата с него вече позволява освен нощни и дневни измервания, които бяха проблемни поради силната дневна засветка, намаляваща рязко точността на измерваните параметри. За решаването на този проблем бе необходимо време за анализ на масиви от експериментални данни, анализ и изчисляване на подходящи оптични елементи, оформяне на проекти и поръчването им за изработка, когато те липсват на пазара. Налага се провеждане на обширно търсене в научната литература на публикации със споделен положителен опит по проблема. А когато такъв не откриваш и в публикациите на водещи световни научни организации, които са потърсили обиколни и не особено ефективни пътища за отстраняване на проблема, не ти остава друго, освен да имаш смелостта да създадеш нови оптични схеми. Стремежът е да се сведе дневната засветка до нива, осигуряващи необходимите параметри на измерваните оптични сигнали с висока точност. Тези усилия, изискват специфичен опит и познания в доста области на физиката и са оправдани, когато завършват с издаден патент от 2020 г., който защитава разработения от нас хигрометър, с оригинален колиматор за излъчването на мощни лазерни диоди, който позволява провеждането на непрекъснати денонощни измервания на атмосферната влажност. Паралелно с това, е необходимо да се отделя време, което винаги недостига, за писане на доклади за конференции, представянето им, оформяне на статии за публикуване в рейтингови специализирани издания, отчитане на работата над етапите на проектите, които финансират работата ни. Участие в научния живот на института и академичната колегия, изразяващо се в участие в научни журита, изготвяне на рецензии за списания и научни издания, в организиране научни форуми, експертна работа за съставяне на оценки за научни проекти или тяхното изпълнение. Участие в дейността на Съюза на физиците в България и писане на статии за списанието на Съюза, по интересни въпроси за популяризиране на физиката. Това е общото съдържание на ежедневната ми работа, която харесвам и с която почти не се разделяме, защото да мисля над проблемите в работата ми е част от мен, поради нейния характер.


РЕКЛАМА:

***

  1. Какви са научните ви постижения (приноси) и каква е тяхната полза за обществото и икономиката?

От постъпването ми на работа, в лабораторията по „Лазерна локация” на Института по електроника, научните ми интереси са насочени в областта на атмосферната физика и химия, на решаването на приложни и внедрителски задачи, с пряка полза за екологията на атмосферния въздух и качеството на живот, области с все по-критична и решаваща роля в живота на човешкото общество, чрез убедителни прояви през последните години.

За да внеса яснота за изследователските инструменти и методите на работа в научната област, в която работя, е коректно да поясня основни определения. Най-общото определение за лидарните системи идва от LIDARLight Detector And Ranging и се определя, като електронно-оптична дистанционна технология за определяне на разстояния до обекти с използване на насочен сноп светлина. Съвременните лидари са лазерно-оптична дистанционна технология за мониторинг на заобикалящата среда с насочен сноп импулсно лазерно лъчение, с възможност за определяне на разстоянието до, скоростта и посоката на движение на изследвания обект, физическия и химичен състав, концентрацията на атмосферните замърсители и влажността, чрез точно измерване на времето на лазерния лъч за достигане до обекта и обратно и спектралния състав на приетото отразено обратно лъчение. Лидарите, с които работим в лабораторията по „Лазерна локация” са атмосферни лидари, работят с лазерно излъчване във видимата и инфрачервената част на спектъра, с различна дължина на вълната (цвят) и мощност на лъчението, според изследвания атмосферен обект, като за разлика от радиометричните системи, лидарните имат възможност за регистриране на изключително дребни частици – капки вода, аерозоли и молекули, с размери от порядъка 10 μm до 250 nm. По-добрата оптическа плътност и кохерентност на лазерното лъчение са оптималните предпоставки за ефективно отражение от газообразни среди, което прави лидарните методи особено подходящи за атмосферни и метеорологични изследвания. 

Изследователската ми дейност и резултатите от нея са свързани с търсене и апробиране на нови идеи за оптични и лазерни измервателни системи на атмосферна влажност и газови замърсители. Актуалността на тези изследвания, отнасящи се до мониторинга на атмосферните параметри, придобива все по-голямо значение с настъпващите климатични промени. Водните пари са основен парников газ отговорен за мащабните процеси на пренос на топлина, на които се дължи умереният климат на Земята. Тяхното съдържанието в ниската тропосфера (първите няколко километра над земната повърхност) е важно за метеорологичните прогнози и глобалните климатични модели. Другият изследван газов замърсител е метанът, който играе ключова роля в усилването на парниковия ефект, като допринася за 20% от допълнително захванатото инфрачервено лъчение от атмосферата през последните 200 години. Той засяга окисляващия потенциал на атмосферата и времето на живот на другите силни парникови газове.

Важна част от изследванията на колектива, в който работя, бе отделена на анализа на степента на реализуемост и приложимост на DIAL (Differential Absorption Lidar) хигрометър на базата на комплементарни двойки мощни импулсни диодни лазери. Иновативно и със съществен принос се оказа решението да включим в лидарната система мощни импулсни лазерни диоди, които се считаха за непригодни за спектрални приложения, поради тяхната широка и многомодова лазерна линия. В нашето предложение за ДИАЛ система използваните лазерни източници са с широка лазерна линия, която покрива голяма част от абсорбционния спектър. Така отпада необходимостта от настройка на лазерната честота на определена абсорбционна линия, което способства за автономен режим на работа. Освен това, се регистрира интегралната абсорбция, (а не абсорбция от една спектрална линия), от атмосферните компоненти, което прави измерването независимо от атмосферното налягане. Новост е и създадената ДИАЛ методика на диференциално поглъщане на лазерното лъчение от атмосферната влажност. Това лазерно лъчение, с подходящи дължини на вълната, при разпространението си в атмосферата се модулира от множество резонансни абсорбционни линии на водната пара или на друг изследван газ. Чрез предложената от нас методика се регистрира интегралната абсорбция, която се получава при пресмятането на компютърни модели на основата на априорни спектрални данни с високо разрешение. Ефективността на работата на лидара е тествана експериментално и установихме, че измерените стойности за пространствено разпределение на концентрацията на водните пари е с добра точност, сравнен с данни от паралелно радиметрично балонно измерване. Това прави лидарния мониториг на водните пари в атмосферата перспективен метод за метеорологични прогнози, както и за мониторинг на други газове, при вариране на дължината на вълната на лазерните диоди.

Бих искала да отбележа, че зад посочените постижения стои години труд и редица качествени постижения свързани със създаването на едни от първите влактесто-оптични сензори, на базата на влактесто-оптични интерферометри на Майкелсон – сега широко прилагани в качествена медицинска апаратура в пулмологията, а също и в методиките за изследване на кохерентността и спектралните характеристики на първите едночестотни лазери, за приложение във влакнесто-оптичните комуникационни линии. Не малко усилия са вложени за определяне на работните режими на мощни диодни лазери, за приложение в ДИАЛ системите. Успешно бяха адаптирани и бе доказано, че ДИАЛ методиката, приложена за фототермичен неразрушаващ анализ на характеристиките на феромагнитни нанокомпозитни и високотемпературни свръхпроводящи слоеве, чрез модулирано оптично отражение, дава много добри данни, за което колективът ни получи наградата на ИЕ-БАН на името на академик Е. Джаков. Опитът придобит в тези научни дейности ми помогна да надграждам познанията си и да откривам нови ефективни приложения на уникалната научна апаратура, която създаваме и прилагаме.

През последните години, научната ми дейност, като член на колектива на проект е свързана с изпълнение на предвидените задачи от проекта на лаборатория „Лазерна локация”. Чрез лабораторията ни, Институтът по електроника е институционален член на общоевропейската научно-изследователска инфраструктура ACTRIS (Aerosols, Clouds and Trace gases Research InfraStructure), която обединява усилията на повече от 100 научно-изследователски института и организации от 21 европейски страни, сред които и България, за наблюдение на аерозоли, облаци и кратко съществуващи газови фракции, и за проучване на свързаните с тях атмосферни процеси. Тази научно-изследователска инфраструктура играе съществена роля за натрупването на нови знания за качеството на въздуха и преноса на замърсители на въздуха на големи разстояния (включително трансгранично замърсяване), и за създаването на обща европейска политика по климатичните промени, все по-агресивно проявяващи своята мощ. Инфраструктурата ACTRIS се идентифицира като нова, значима общоевропейска инициатива, която се оценява като достатъчно функционална за оперативни действия през идните десет години, с оглед на очакваните климатични промени.

  1. Какво ви мотивира да изберете професията на изследовател?

Професионалният ми избор на физик, насочил се към научни изследвания, бе процес от правилни за мен избори във времето. В началото имах подкрепата на семейството си, после имах щастието да срещам изключителни и качествени учители и преподаватели. Завърших едно от най-добрите, още от създаването си, средни училища в Бургас – Математическата гимназия „Акад. Н. Обрешков”, където получих увереност във възможностите си и в знанията по физика и математика, които естествено ме насочиха към Физическия факултет на Софийсия университет „Св. Климент Охридски”. Преподаваха ми едни от най-ерудираните българси учени, с международен авторитет, програмата на обучение във факултета бе с голяма заетост, но изключително добре организирана. Бе и времето, когато лекциите на академик Ангел Попов за полупровадниковите лазерни източници на светлина и оптичните влакнести световоди провокираха и моето въображение с потенциалните си приложения. Основен мотивиращ избор бе класирането ми в конкурс за провеждане на докторантура в Института по обща физика на Руската академия на науките в Москва, ръководен от академик Александър Михайлович Прохоров, един от лауреатите на Нобелова награда за създаване на първите източници на кохерентно лъчение в радиодиапазона, фомулирано от Нобеловия комитет като: „усилватели, базирани на принципите на лазера (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) и мазера (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation)”. Започнах работа над докторантурата си в новосъздадената лаборатория по „Влакнеста оптика”, под ръководството на академик Евгений Дианов. Считам себе си за благословена, за щастието да работя, да се уча и общувам с основателите на най-силните научни направления и школи в света. Това е рядък шанс в живота на един учен, който определи критериите ми за разпознаване на истинските учени в науката от кариеристите, попаднали в науката по силата на нездрави амбиции. Този опит ми помогна в голяма степен в работата ми в Българската академия на науките. 

Защитих дисертация на тема „Кохерентни свойства на излъчването на полупроводникови лазери с тясна линия на генерация”, чрез обединяване на теоретични знания и ескпериментални умения в областта на диодните лазери и едномодовите влакнесто-оптични интерферометрични системи, и получих образователната и научна степен „доктор на физико-математическите науки” в ИОФ –РАН. 

Всички тези мои избори, упорит труд, любопитството, любовта към хармонията в природата и управляващите я закони, свободата, която дава знанието да виждаш в новите идеи красотата на науката, са посоките водили ме към работа на учен изследовател. Работата ми с талантливи учени, в силни творчески колективи ми даде увереност, вярна преценка на качественото в науката и ме научи да ценя и уважавам успехите на колегите си. Разбиране и стимули да продължа работата си, през трудностите в годините, получавах от семейството си, съпругът ми също е учен с докторска степен по физика. Чувствам се удовлетворена, че имах и имам възможността да контактувам с научния елит на страната си и на международната научна колегия.

     5. В момента работя върху …., което ще…………

В момента обработвам резултати от последните изследвания по някои особености на лидар, на базата на мощни широкоспектърни лазерни диоди, за дистанционно сондиране на атмосферния метан, свързани с решаването на задача от проекта, по който работя. Целта е оформянето им в доклад и статия на тема” On some aspects of lidar employing powerful broadband laser diode for atmospheric CH4 remote sensing”, за представяне на 22 Международна конференция по вакуумни, електронне и йонни технологии, която ще се проведе в края на септемри 2021г., дистанционно.

     6. Какви проблеми срещат учените във вашата област  (за професионалното си развитие и в работата си)?

Ще се опитам да се абстрахирам от общите и доста обезсърчаващи проблеми, споделяни от много учени работещи в институтите на БАН – стар и не поддържан сграден фонд, работна среда лишена от творческо стимулиране и работни места, далече от ергономичните норми, санитарни помещения не ремонтирани от 50-60 години. Тази картина едва ли би привлякла младите колеги да се влеят в застаряващите ни редици. Но това е битовизъм, поне според администрацията на моя институт, макар че Централно управление на БАН има отделна дирекция по стопанисване на имотите и специална комисия към Общото събрание на учените на БАН, които бездействат.

Затова ще се пренеса в полето на основната ни научна дейност, от която все повече се отдалечава академичния дух, прогонен от противоречията и произволното тълкуване в локалните – на отделните институти правилници за приложение на Закона за израстване на академичния състав спрямо Закона. За пример ще посоча, че в някои институти е решено академичната длъжност ,,професор” да се заема само от учени с научна степен ,,доктор на науките”, а не и от ,,доктор”, както е в Закона.

Това явно не стимулира учените. От друга страна оформянето и защитата на голям докторат, изискващо значителен разход на време и усилия, носи финансов стимул почти равен на доплащането към заплатата на колега, заел допълнителна административна длъжност или друга помощна функция в научното звено. Напълно обезсърчаващо.

Като най-тревожна считам тенденцията, че няма желаещи млади учени, с умения и необходимия научен капацитет да продължат работата ни, дори след като в моята лаборатория, благодарение на добре финансиран проект от МОН, след изградена инфраструктура и съвременна апаратура. И това е поради неадекватното заплащане на труда на учените в БАН, спрямо изискваните знания и уменията от тях. Това засилва друга пагубната тенденция, млади учени да работят в няколко академични института за по малък брой часове на седмица, но вписвани в колектива на много проекти към Фонд „Научни изследвания”, което също ще даде своите горчиви за науката плодове с времето.

    7. Какво, според Вас, трябва коренно да се промени в България по отношение на науката?

Категорично считам, че е наложителна промяна в отношетието, на всички обществени нива, към науката и учените, макар да осъзнамвам, колко дълъг и труден ще е този процес.

От статистически данни и анкети е известно, че учените, с редки и ярки изключения, не са сред най-богатите прослойки в страните със силни икономики, но отношението към тях е в прилична степен добро. За разлика, у нас към учените, хора с най-висока степен на образование, ерудиция, компетентност във важни за обществото области, отношението насаждано с години от управляващи и медии е пренебрежително, саркастично и обвеяно от комичния образ на „лудия учен”, без място за доверие към компетентността му. Всичко това бе резултат от дълбоко неправилна политика и оценка на научните дейности, особено през годините на „преходния” период, когато силно се обезцени мястото и приноса на учените и науката за престижа на обществото и потенциала им за правилното функциониране на държавата, все явления които напоследък доведоха обществото ни до дълбока политическа криза, подсилена от незатихващата вирусна пандемия и най-ярката криза на доверието от началото на 21 век.

      8. Знаете ли че: (малко известен и интересен факт за специалността)

Абревиатурата LIDAR е употребена за първи път през 1953 г. в труда на Мидълтон и Спилхаус – „Метеорологични инструменти”, а гражданственост в САЩ добива през 1985 г., благодарение на речника Уебстър. Като източник на светлина първите лидари използват обикновени импулсни лампи, чиито лъчи се пропускат през модулатори за получаване на сканиращи светлинни импулси. От началото на 60 години на 20 век в САЩ започват изпитания с преносими лазерни далекомери, от тогава датират и първите опити за атмосферни измервания с лазерен източник на светлина. Лабораторията по „Лазерна локация” на Института по електроника-БАН е сред първите подобни научни институции, съдадена през 1974 г., като специализирано звено за лазерно дистанционно изследване на атмосферни параметри.

  1. В свободното си време обичам да: (хоби, спорт)

На първо място да чета – световна класика, нови завладяващи идеи. За любимите ми разходки в планината, срещи с морето, пътуване до красиви исторически дестинации и отглеждане на редки растителни видове винаги отделям време, като се старая да не ощетявам семейството и работата си.

 


Европейска нощ на учените 2022 г.: