1. Антиутопія в Китаї - технологічне поліцейську державу, якого світ ще не бачив
2. «Я тільки спитати». Чому ми так одержимі чергами

Гловер - недавно вийшов на пенсію геолог, який витратив десятки років на пошуки цінних мінералів на схилах Аппалачів, які оточують маленьке містечко Спрус Пайн в Північній Кароліні. Він пояснює, чому цей віддалений район так важливий для всього світу.

Спрус Пайн - бідний містечко. У центрі знаходиться залізничний вокзал, закритий давним-давно кінотеатр і кілька порожніх магазинів.

Гори ж, які його оточують, багаті на різні мінерали. Як виявилося, Спрус Пайн - родовище найчистішого природного кварцу, коли-небудь знайденого на планеті. Це містечко грає ключову роль у виробництві кремнію, використовуваного для виготовлення комп'ютерних чіпів. Цілком ймовірно, чіп, який змушує ваш ноутбук або телефон працювати, був зроблений з піску з Аппалачів. «Це величезна мільярдна індустрія. А так і не скажеш, поглянувши на це місце », - говорить Гловер.

підписуйтесь на канал Rusbase в «Яндекс.Дзен» , Щоб нічого не пропустити

Такі камені являються основою сучасних комп'ютерних чіпів. Фото: Charles O'Rear / Getty Images.

У XXI столітті пісок став важливіше, ніж будь-коли в історії. Це цифрова епоха, коли наша робота, розваги, способи спілкування визначаються інтернетом і комп'ютерами, планшетами та телефонами, які нас до нього підключають. Нічого з цього не було б можливим без піску.

Більшість піщинок на планеті складається з кварцу, який є формою діоксиду кремнію. Найчистіші частки діоксиду кремнію - це основна сировина, з якого ми робимо комп'ютерні чіпи, оптоволоконний кабель і інше високотехнологічне обладнання: фізичні компоненти, на яких ґрунтується віртуальний світ. Кількість кварцу, використовуваного для цих продуктів, незначно, в порівнянні з тим, скільки його використовують для бетону і намиву території. Але його вплив незмірно.

Мінералогічне багатство Спрус Пайн - результат унікальної геологічної історії місця. Близько 380 мільйонів років тому район знаходився на південь від екватора. Тектонічний рух плит зрушило Африканський континент в сторону східної Америки, видавивши важчу океанічну кору - геологічний шар під водою океану - під легший Північноамериканський континент. Таке тертя виробляло тепло, що перевищує 1000 градусів Цельсія, і плавило камінь, що лежав на 14-24 км нижче поверхні. Через велику тиску цей розплавився камінь потрапив в тріщини навколишнього вміщає породи, в зв'язку з чим сформувалися поклади так званих пегматитов.

Цей розплавлений камінь охолов і кристалізувався через 100 мільйонів років. Завдяки глибині, на якій він був похований, і нестачі води, де все це відбувалося, пегматити утворювалися практично без домішок. У загальному і цілому, вони на 65% - польові шпати, на 25% - кварц, на 8% - слюда і 2% - інші мінерали. Тим часом, через 300 мільйонів років плита під Аппалачами зрушила вгору. Погода руйнувала оголену скелю, поки тверді освіти пегматитов не вийшли на поверхню.

Фото: Jerry Whaley / Alamy

Корінні американці добували блискучу слюду і використовували її в якості прикраси надгробних каменів і в якості валюти. Американські поселенці почали вибиратися в гори в XIX столітті, відкриваючи там ферми. Деякі спробували побудувати бізнес на слюди, але їм перешкодила географія гір. «Не було ні річок, ні доріг, ні поїздів. Їм потрібно було перевозити товар на конях », - розповідає Девід Біддікс, історик-аматор, який написав кілька книг про округ Мітчелл, де знаходиться Спрус Пайн.

Справи почали покращуватися в 1903 році, коли в горах проклали залізницю. Коли нарешті таки було встановлено зв'язок із зовнішнім світом, видобуток копалин стала приносити прибуток. Почали будуватися сотні шахт, навколо яких формувалися невеликі поселення.

Зараз слюда в основному використовуються як спеціальна добавка в косметиці, гіпсокартоні і герметике. За часів Другої світової війни різко виріс попит на неї і польові шпати, що знаходяться у величезному достатку в районі пегматитов. Спрус Пайн почав процвітати. У 1940-х місто розрослося в чотири рази. На піку успіху в Спрус Пайне відкрилися три кінотеатри, два басейни, боулінг-клуб і ресторани. Кожен день через місто проїжджали три пасажирські потяги.

Головна вулиця Спрус Пайн. фото: Kubigula

В кінці десятиліття компанія Tennessee Valley Authority відправила в Спрус Пайн команду вчених, завдання яких полягало в тому, щоб розвинути мінеральні ресурси району. Вони фокусувалися на мінералах, що приносять найбільше грошей - слюди і польовому шпату. Проблема полягала в тому, що їх складно було відокремити від інших. Типовий шматок пегматита Спрус Пайн виглядає, як шматок дивною, але привабливою карамелі: молочно-білий або рожевий польовий шпат, всередині якого знаходиться блискуча слюда, усіяна прозорим або димчастим кварцом, налита в різних місцях шматочками кольорових мінералів.

Протягом багатьох років місцеві просто викопували пегматити і розбивали їх інструментами, відокремлюючи польовий шпат від слюди руками. Залишався кварц вважався сміттям, який в кращому випадку використовували в якості будівельного піску, але в основному його викидали з іншими мінералами.

Працюючи з дослідниками з лабораторії мінералів при Університеті Північної Кароліни, вчені TVA придумали більш швидкий і ефективний метод відділення мінералів - флотационний метод. «Це зробило революцію в індустрії. З родинного бізнесу вона перетворилася в корпоративну індустрію ».

Залізнична станція в Спрус Пайне. фото: Ken Thomas

Згідно новій техніці, камінь пропускався через механічні дробарки до тих пір, поки не розбивався на купу змішаних мінеральних гранул. Ви кидаєте цю суміш в бак, додаєте воду і перетворюєте її в молочну суспензію, добре все перемішують. Потім додаєте реагенти - хімікати, що з'єднуються із зернятками слюди і роблять їх гідрофобними. Наступний крок - через суміш частинок з водою пропустити дрібні бульбашки повітря. Гідрофобні частинки прилипнуть до бульбашок повітря, і слюда винесе з ними на поверхню в складі трифазної піни. Надалі згущуєте і фільтруєте піну. Вуаля: ви відокремили слюду!

Що залишився польовий шпат, кварц і залізо збираються з дна бака і переносяться в інший, де проходить схожа процедура.

Саме польовий шпат, який використовується для виробництва скла, вперше привернув інженерів з Corning Glass Company в Спрус Пайн. У той час залишки кварцу все ще здавалися всім непотрібним сміттям. Однак інженери, що знаходяться у вічному пошуку якісного матеріалу для виробництва скла, помітили чистоту кварцу і почали купувати його і перевозити поїздами в місто Ітака в Нью-Йорку, де з його допомогою вироблялося все - від вікон до пляшок.

Одне з найбільших досягнень кварцу з Аппалачів сталося в 1930-х, коли Corning Glass Company виграла контракт на виробництво дзеркала для найбільшого телескопа в світі, який замовила Паломарськая обсерваторія в Південній Каліфорнії. Для виробництва дзеркала вагою в 20 тонн знадобилося розтопити гори кварцу в гігантській печі, розігрітій до 1500 градусів Цельсія, пише Девід Окс Вудбері в книзі «Скляний гігант Паломар».

Телескоп був встановлений в обсерваторії в 1947 році. Завдяки його безпрецедентної потужності були здійснені важливі відкриття про склад зірок і розмірі Всесвіту. Він використовується донині.

Фото: The Montifraulo Collection / Getty Images

Незабаром кварц з Спрус Пайн зіграє куди більш важливу роль.

В середині 1950-х в тисячах кілометрів від Північної Кароліни група інженерів в Каліфорнії почала працювати над винаходом, яке стане основою комп'ютерної індустрії. Вільям Шоклі, перспективний інженер в Bell Labs, пішов з компанії, щоб заснувати власну в тихому містечку Маунтін-В'ю, в годині їзди від Сан-Франциско, де він виріс. Неподалік знаходився Стенфордський університет і кілька великих компаній, таких як General Electric і IBM. Тоді ця місцевість називалася Долиною Санта-Клара, і в ній не було нічого примітного. Незабаром вона отримає більш відома назва - Кремнієва долина.

У той час ринок транзисторів розвивався швидкими темпами. Texas Instruments, Motorola та інші компанії конкурували в створенні ще більш мініатюрних, більш ефективних транзисторів, які, серед іншого, будуть використані в комп'ютерах. Перший американський комп'ютер ЕНІАК був розроблений під час Другої світової війни; його розмір перевищував 30 метрів в ширину і 3 метри у висоту, він працював на 18000 вакуумних труб.

Фото: Famous People. Вільям Шоклі

Транзистори - тобто крихітні електронні перемикачі, контролюючі потік електрики - замінили ці труби і зробили нові машини потужнішими. Напівпровідники - невеликий клас елементів, включаючи кремній і германій, який проводить електрику при певних температурах і блокує його при інших - здавалися багатообіцяючими матеріалами для виробництва цих транзисторів.

У стартапі Шоклі група молодих докторів наук щоранку починала з того, що розпалювала печі до тисяч градусів Цельсія і плавила германій і кремній. Шоклі незабаром зрозумів, що кремній був більш перспективним матеріалом, і змінив свій фокус. «Оскільки він відкрив першу і найвідомішу компанію з дослідження і виробництва напівпровідників, всі, хто працював з германієм, відразу ж все кинули і перейшли на кремній», - пише Джоел Шеркін в своїй книзі про Шоклі «Зламаний геній». «Якби не Шоклі, все б зараз говорили про германієвої долині», - пише він.

Шоклі був генієм, і в той же час поганим начальником. За пару років кілька його найталановитіших інженерів звільнилися з компанії, щоб відкрити свою - Fairchild Semiconductor. Одним з них був Роберт Нойс, геніальний інженер, вже в юному віці відомий завдяки своєму глибокому досвіду роботи з транзисторами.

Прорив стався в 1959 році, коли Нойс разом з колегами придумав, як зібрати кілька транзисторів на одному шматочку найчистішого кремнію розміром з нігтик. Приблизно в той же час компанія Texas Instruments розробила схожий гаджет, тільки з германію. Варіант, запропонований Нойсом, був більш ефективним і незабаром захопив ринок. NASA вибрала мікрочіп Fairchild для використання в космічній програмі, і продажу буквально за рік зросли з нуля до $ 130 мільйонів. У 1968 році Нойс вирішив заснувати свою компанію - сьогодні всім відому як Intel.

Фото: Вікіпедія

Перший комерційний чіп Intel, випущений в 1971 році, містив 2250 транзисторів. Сьогоднішні комп'ютерні процесори містять мільярди транзисторів. Ці крихітні електронні квадрати і прямокутники - мізки, які запускають комп'ютер, інтернет і весь цифровий світ. Google , Amazon , Apple , Microsoft , Комп'ютерні системи, що лежать в основі роботи всього - від Пентагону до вашого банку - все це існує завдяки піску, переробленого в кремнієві чіпи.

Виробництво таких чіпів - складний процес. Для цього потрібно чистий кремній. Найменша домішка може все зіпсувати.

Знайти кремній просто. Це один з найбільш багатих елементів на Землі. Проблема в тому, що він не з'являється відразу чистим. Поділ кремнію вимагає значних зусиль.

З самого початку беруть чистий кварцовий пісок, який використовується для скла. Потім кварц поміщають в потужну електричну піч, тим самим запускаючи хімічну реакцію, яка відокремлює більшу частину кисню. У підсумку залишається кремнієвий метал - на 99% чистий кремній. Але цього явно недостатньо для високотехнологічних цілей. Кремній для сонячних батарей повинен бути на 99,999999% чистим - шість дев'яток після коми. Комп'ютерні чіпи ще більш вимогливі. Їх кремній повинен бути на +99,99999999999% чистим - одинадцять дев'яток після коми.

Для цього кремнієвий метал піддається ряду складних хімічних процесів. У першому раунді кремнієвий метал розбивається на два з'єднання. Одне з них - хлорид кремнію, друге - трихлорсилану, який далі обробляється, щоб стати полікремнію , Найчистішої формою кремнію, яка буде ключовим елементом для виробництва сонячних батарей і комп'ютерних чіпів.

Ціна матеріалу помітно зростає з кожним кроком обробки. На самому початку, на 99% чистий кремній коштує приблизно $ 1 за 500 грам; полікремній - в десять разів більше.

Фото: Getty Images

Далі потрібно розплавити полікремній. Але не можна просто кинути цей вишуканий матеріал в піч. Якщо розплавлений кремній вступить в контакт навіть з найменшим кількістю неправильної субстанції, він викличе згубну хімічну реакцію. Вам потрібні тиглі, зроблені з субстанції, здатної витримати температуру, необхідну для того, щоб розплавити кремній, і що володіють молекулярною складом, який не зіпсує його. Ця субстанція - чистий кварц.

Саме тут в гру вступає кварц з Спрус Пайн. Це основне джерело сировини в світі, необхідного для виготовлення таких кварцових тиглів. Пожежа на одній з головних кварцових фабрик в Спрус Пайне в 2008 році на якийсь час повністю припинив поставки матеріалу на світовий ринок, примусивши тим самим переживати всю індустрію.

Сьогодні одна компанія домінує у виробництві кварцу в Спрус Пайне. Unimim, заснована в 1970 році, згодом викупила всі шахти в містечку і конкурентів, до сьогоднішнього дня вона є головним постачальником найчистішого кварцу.

Нещодавно компанія Quartz Corp змогла урвати невелику частку ринку Спрус Пайн. Є кілька інших місць, які виробляють високоякісний кварц. Проте, на ринку домінує Unimin.

Кварц для тиглів теж повинен бути практично повністю чистим. Спочатку кварц з Прус Пайна вже досить чистий, потім його очищають за допомогою згаданої перш флотації. Однак деякі піщинки все ще можуть бути забруднені молекулами інших мінералів, прикріплених до молекул кварцу.

Це дуже засмучує. «Я вивчав тисячі кварцових зразків по всьому світу. Практично всі з них забруднені, і це не можна виправити », - стверджує Джон Шланц, провідний інженер по обробці мінералів в Дослідницької лабораторії мінералів в Ашвілл, розташованого в годині їзди від Спрус Пайн.

Зіпсовані крупинки використовуються для високоякісних пляжів і білих піщаних ям на полях для гольфу. Кращий кварц Спрус Пайн має відкриту кристалічну структуру, це означає, що прямо в молекули кристала можна ввести фторістоводородную кислоту, щоб розчинити будь-які сліди польового шпату або заліза. Технологи ж заходять ще далі - вони проводять реакцію кварцу з хлором або соляною кислотою при високих температурах, а потім піддають його декільком секретним кроків фізичної і хімічної обробки.

В результаті виходить те, що в Unimin називають Iota-кварцом - стандарт чистоти в індустрії. Звичайний Iota-кварц на 99,998% - чистий діоксид кремнію. Його використовують для виробництва галогенних ламп і фотоелементів, але цього все ще недостатньо для виробництва тиглів, в яких плавиться кремній. Для цього вам необхідний Iota-6 або Iota-8, чистий на 99,9992%. Ціна за тонну Iota-8 складає $ 10000. Для порівняння, звичайний будівельний пісок коштує кілька доларів за тонну.

Фото: Kay Chernush / Getty Images

Під мікроскопом піщинки Iota виглядають такими ж чистими, як скло, і яскравими, як діаманти. Unimin продає цей ультрачистому кварцовий пісок компаніям на зразок General Electric, які потім трансформують його в щось схоже на салатницю з молочного скла - а саме тигель.

Полікремній поміщають в ці тиглі, плавлять і починають їх вирощують. Потім кристалічну приманку кремнію розміром з олівець опускають в розчин і починають обертати тиглі в зворотному напрямку. З розчину повільно дістають вже гігантський кристал кремнію. Ці темні, блискучі кристали, вагою в 100 кг, називаються інготи.

Інготи розпилюються на тонкі пластини. Деякі продаються виробникам сонячних батарей, найчистіші інготи - виробникам процесорів на кшталт Intel.

Фото: Getty Images

Виробник чіпів друкує сітки транзисторів на пластині за допомогою фотолітографії. Навіть дрібна частка пилу може зіпсувати складну схему чіпа, тому все це відбувається в стерильному приміщенні, де повітря в тисячу разів чистіше, ніж в операційній. Технологи одягнені в білу уніформу, що закриває все тіло. Щоб упевнитися в тому, що пластини не будуть забруднені під час виробництва, багато використовувані інструменти, як і тиглі, зроблені з чистого кварцу.

Пластини потім розрізають на дрібні, неймовірно тонкі чотирикутні комп'ютерні чіпи. Весь процес вимагає сотні точних, ретельно контрольованих кроків. Чіп - один з найскладніших предметів на Землі, зроблених людиною; в той же час, він зроблений зі звичайного піску.

За оцінками, загальна кількість виробленого найчистішого кварцу в рік в усьому світі становить 30000 тонн. Тільки Unimin точно знає, скільки виробляється кварцу в Спрус Пайне, але компанія не публікує про це звіти. Ця організація славиться своєю скритністю. «Спрус Пайн колись був містечком для сімейного бізнесу. Коли я тут працював, можна було спокійно увійти в будь-яку шахту. Ви могли зайти до сусідів і позичити обладнання », - згадує Шланц.

Сьогодні Unimin НЕ дозволяє даже персоналу Дослідніцької лабораторії мінералів проходити в шахті або на виробництво. Підрядники, які проводять ремонтні роботи, повинні підписувати угоду про нерозголошення. У міру можливості компанія розділяє роботу серед кількох різних підрядників для підтримки секретності.

З тих же причин Unimin купує обладнання у різних постачальників. До Гловера долинали чутки про те, що на очі підрядників надягають пов'язку, і вони не можуть нічого бачити, поки не прибудуть на конкретну область на заводі, де повинні працювати. Він також чув, як співробітника компанії відразу ж звільнили за те, що він провів когось всередину без авторизації. Він стверджує, що компанія не дозволяє робочим спілкуватися з конкурентами.

Фото: Вінс бейсер

Лише невелика частина багатства, що отримується в Спрус Пайне, залишається там. Сьогодні усіма шахтами володіють іноземні корпорації. Велика частина виробництва автоматизована, тому там не потрібна робоча сила. «В одну зміну працюють 25-30 чоловік замість 300», - каже Біддікс.

Середній річний дохід в окрузі Мітчелл становить $ 37000 - на $ 14000 нижче середнього річного доходу по країні. 20% населення округу живуть за межею бідності. На сім чоловік лише один закінчив університет.

Люди знаходять способи підробітку. Гловер займається вирощуванням різдвяних ялинок, Біддікс управляє веб-сайтом коледжу, розташованого по сусідству.

Нещодавно в районі відкрилися кілька величезних центрів обробки даних - це нове джерело робочих місць в окрузі. Великі компанії привертає дешева земля. Google, Apple, Microsoft та інші технологічні компанії відкрили тут серверні ферми.

В якомусь сенсі, кварц Спрус Пайн зробив повний цикл. «Коли ти говориш з Siri, ти говориш з сусіднім будинком», - каже Біддікс.

Бейсер дістає айфон і питає Siri, чи знає вона, звідки походить її мозок.

«Хто, я?» - відповідає вона в перший раз. Він пробує знову.

«Я ніколи про це не думала», - говорить вона.

Джерело.

Матеріали по темі:

Антиутопія в Китаї - технологічне поліцейську державу, якого світ ще не бачив

Самотня смерть в Японії: як працює сервіс по ліквідації майна померлих

«Я тільки спитати». Чому ми так одержимі чергами

Названі 30 міст, готових до майбутнього краще за інших

Знайшли друкарська помилку? Віділіть текст и натісніть Ctrl + Enter