- Антон, сейчас обсуждаются вопросы четвертой промышленной революции, формирования нового Технологического уклада. Мы, действительно, стоим на пороге серьезных изменений с точки зрения научно-технического прогресса. Хотелось бы знать, как включается в этот процесс современная ядерная физика, какие технологии она предлагает на новом революционном этапе?
– Если говорить о технологиях, прямо влияющих на жизнь людей, наш Институт развивает прикладные работы сразу по нескольким направлениям. Начну с физики плазмы. У нас ведется, есть очень важная по нынешним временам разработка, связанная с терапией рака. Речь идет о бор-нейтрон-захватной терапии (БНЗТ). И это далеко не единственное прикладное направление, развиваемое в ИЯФ.
– Если я не ошибаюсь, исследования в области физики плазмы как-то связаны с темой термоядерной энергетики?
– Действительно, в нашем Институте занимаются и такими исследованиями. Как только в 1950-х годах была испытана первая термоядерная бомба, сразу возник вопрос: можно ли реакцию термоядерного синтеза сделать управляемой и использовать ее для энергетики? Тогда многим казалось, что в течение пятнадцати лет удастся развить технологию получения и удержания плазмы. С тех пор прошло уже достаточно много времени, температура и плотность плазмы, удерживаемой в установках, возрастала, однако достигнутых параметров было недостаточно для получения положительного энергетического выхода: обнаруживались все новые и новые, неизвестные раньше эффекты, препятствующие достижению нужных параметров.
Чтобы было понятно, уточню. Для того чтобы термоядерная реакция выделяла больше энергии, чем потребовалось для ее запуска, необходимо выполнение условий так называемого критерия Лоусона: произведение концентрации частиц плазмы на времени их удержания должно превышать определённую величину. При создании таких условий используются разные способы удержания плазмы. В одном случае используются мощные лазеры (так называемое инерциальное удержание плазмы). Самая крупная установка, работающая на этом принципе, - NIF, расположена она в Америке. В России эту технологию развивает Саровский научный центр. Второй способ - удержание плазмы в магнитных ловушках замкнутого типа, в которых плазменный шнур замкнут в кольцо (токамаки и стеллараторы). Еще одно направление - открытые ловушки, в которых плазма удерживается в магнитной "бутылке", пробками которой служат сгущения магнитного поля. Наиболее впечатляющим примером замкнутой ловушки является международный проект ИТЭР – самый большой в мире токамак, строящийся сейчас во Франции. Российские ученые, в том числе сотрудники ИЯФ, также участвуют в этом проекте. При этом ИЯФ - признанный лидер в создании именно открытых ловушек.
Все три перечисленных подхода на сегодняшний день достигли примерно одинаковых успехов. И если мы захотим создать установку в масштабе целого здания с заранее заданными размерами - вне зависимости от принципа ее действия - она выдаст примерно одинаковые параметры. Но проект, основанный на "наших" открытых ловушках, получится значительно дешевле. В этом его преимущество. Как говорят мои коллеги из лаборатории физики плазмы, за ними просматривается очень хорошее будущее.
- Насколько мне известно, токамаки были изобретены в нашей стране.
– Действительно, первые в мире токамаки были построены в 1950-х годах в Советском союзе, и у наших ученых в этой сфере достаточно много приоритетов. В 1968 году ими была показана эффективность токамаков, и их стали стоить во всем мире.
- Не случилось ли так, что мы здесь упустили момент? В настоящее время много пишут о больших успехах американцев и европейцев. Такое ощущение, что по термоядерной энергетике мы утратили инициативу. Так ли это?
– В какое-то время СССР был лидером в построении токамаков, а потом – ввиду необходимости очень больших капиталовложений, началось отставание. Сейчас по части токамаков мы, действительно, отстаем. Так, современный российский исследовательский токамак Т-15 расположен в Москве, но он не работает с 1999 года. В настоящее время он проходит серьезную модернизацию, и по-видимому, после своего запуска сможет занять достойное место в исследованиях в этом направлении. Специально отмечу, что для создания термоядерной энергетики необходимо провести еще много чисто исследовательских работ, поэтому важны не только громадные установки типа ИТЭР, но и сравнительно небольшие исследовательские установки. Причем в словосочетании "сравнительно небольшие" первое слово играет важную роль, поскольку Т-15 - весьма внушительное сооружение.
- А как насчет открытых ловушек? Это инновационное изобретение? У кого здесь приоритет?
– Надо сказать, что это тоже достаточно старая идея, предложенная в 1950-х годах - еще до основания нашего Института. Идея открытых ловушек с того времени прошла длинный путь развития до ее сегодняшнего состояния. Современная реализация открытой ловушки воплощает в себе огромное количество идей и изобретений: как вкачивать в ловушку вещество, как его разогревать, как повышать давление плазмы, как бороться с неустойчивостями, создавать оптимальную конфигурацию полей в магнитной "пробке" ловушки и так далее. В этом смысле данное направление битком набито как современными идеями, так и подходами, придуманными и пять, и десять, и более лет назад. Это достаточно сложная система, и в ее разработке наш Институт уверенно занимает одно из лидирующих мест.
– Вы непосредственно занимаетесь в Институте источниками синхротронного излучения. Не могли бы уточнить, какое практическое применение это имеет?
– Прежде всего, стоит пояснить, что синхротронное излучение - это, скажем так, побочный продукт ускорения элементарных частиц. В наших ускорителях по замкнутым орбитам циркулируют электронные сгустки, разогнанные до околосветовых скоростей. Попадая в поле поворотного магнита или специального магнитного элемента, эти сгустки начинают двигаться по криволинейным траекториям и становятся источником мощного рентгеновского излучения, которое можно применять в качестве инструмента для различных высокотехнологичных разработок. Область применения здесь очень широка - это химия, катализ, геология, биология, медицина и так далее. На базе ИЯФ создан Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения (СЦСТИ) и ведется много междисциплинарных исследований.
Начну с применения, которым занимаюсь я сам. На одной из наших станций мы калибруем спутники, которые наблюдают за Солнцем, а поведение Солнца, как известно, напрямую влияет на токи в ионосфере, на состояние магнитного поля Земли, а через них - на радиосвязь, линии электропередач, газопроводы, и многие другие системы. Изучаются также связи солнечной активности с глобальным климатом и состоянием биосферы Земли в целом и человека в частности.
Обратимся к медицине. Сейчас у нас разрабатывается проект, связанный с микропучковой терапией рака. Опухоль пронзается набором высокоинтенсивных тонких (десятые доли миллиметра) пучков жесткого рентгеновского излучения. Облучение можно организовать так, чтобы опухоль подверглась уничтожающему воздействию, а здоровая ткань смогла бы регенерировать. Правда, пока такие исследования мы проводим только на мышах. После того, как методика будет отработана, потребуется еще очень большая работа, прежде чем метод можно было применить к людям.
Другой пример, и опять из области медицины. Какое-то время назад у нас разрабатывалась технология диагностики почечных камней. В случае почечнокаменной болезни диагностика играет крайне важную роль. В почках бывают камни разных видов. Некоторые из них могут растворяться благодаря специальной диете, другие можно дробить ультразвуком. Третьи не поддаются ни тому, ни другому, и потому для них предусмотрены операции.
Операция на почках относится к высокотравматическим вмешательствам, чреватым удалением органа, и цена ошибки в диагностике очень высока. Проблема в том, что в сорока случаях из ста традиционная диагностика нас подводит. И становится очень обидно, когда почку разрезали и выяснили, что можно было обойтись без операции.Так вот, наши коллеги из ИХТТМ СО РАН, пользуясь возможностями синхротронного излучения, создали метод, который позволяет проводить диагностику со стопроцентной вероятностью.
Поскольку почечный камень - это кристаллическая структура, то при попадании на нее рентгеновского излучения она дает дифракцию, которая прекрасно распознается на специальных детекторах. По виду дифракционной картинки диагноз ставится вполне однозначно. Этот метод также находится в стадии разработки и в клинической практике пока еще не используется.
– А какое отношение подобное оборудование имеет к катализу?
– У нас одна из станций построена как раз нашими коллегами из Института катализа. Это станция EXAFS спектроскопии. На станции они исследуют различные катализаторы, которые изготавливаются для решения конкретных задач. Тестирование на синхротронном излучении позволяет целенаправленно вносить корректировки в процессы изготовления этих катализаторов для улучшения их эффективности. Эти катализаторы, отмечу, используются в современной промышленности и имеют, как говорили раньше, большое народно-хозяйственное значение.
– Есть еще какие-то сферы применения таких устройств?
– Можно привести пример исследования детонации. Синхротрон выдает короткие и очень яркие вспышки рентгеновского излучения. Это прекрасный инструмент, позволяющий снимать рентгеновское кино с частотой миллион (или более) кадров в секунду. С точки зрения такого инструмента взрыв - явление сравнительно неторопливое. Причем в данном случае я имею в виду чисто мирное применение взрыва - так называемую детонационную генерацию ультрадисперсных алмазов. Такие алмазы применяются в электронной промышленности для полировки кремниевых подложек, в качестве наполнителя для новых композиционных материалов, для создания защитных покрытий с новыми свойствами, и так далее. В области детонации возникают такие давления и температуры, при которых из свободного углерода, входящего в состав взрывчатки, начинают расти алмазы. Из-за кратковременности процесса размер каждого из алмазов оказывается меньше 1 микрона, и это очень ценное сырье.
Но взрыв нужно правильно организовать, чтобы все алмазы были необходимой величины. Наблюдения ведутся по рассеянию рентгеновского излучения на малые углы. Других способов, позволяющих наблюдать этот процесс, пока неизвестно. Работы ведутся в СЦСТИ совместно с ИХТТМ и Институтом гидродинамики. Причем именно этим исследованиям в мире никто не может составить конкуренции, здесь российская наука оказалась впереди всей планеты.
Еще одна чисто прикладная вещь – это холодная стерилизация продуктов, медицинских инструментов и материалов. ИЯФ изготавливает для этих целей промышленные ускорители, один из которых установлен у нас на территории и проводит эти работы для сторонних организаций. Насколько мне известно, эти услуги пользуются большим спросом Кстати, один из успешных коммерческих проектов ИЯФ - это изготовление и продажа промышленных ускорителей, которые у нас закупают в основном иностранцы. Хотя, насколько я знаю, в последние годы, наконец-то, промышленные ускорители начали поставлять и нашим российским контрагентам. И это, надо сказать, стало серьезным прорывом российской наукоемкой промышленности в постперестроечное время.
– Проявляется ли сейчас к этим разработкам какой-то интерес со стороны потенциальных инвесторов?
– Наш институт - это бюджетное учреждение, занимающееся фундаментальной наукой, поэтому частные инвестиции в него не предусмотрены. Однако некоторые наши разработки действительно интересны частным инвесторам. В этом случае обычно создаются коммерческие предприятия, в которых ИЯФ - соучредитель и вносит свою часть в виде технологий. Одно из таких предприятий выпускает известный медицинский препарат «Тромбовазим». Это препарат нового поколения с уникальными свойствами. При его изготовлении применяется наш промышленный ускоритель.
Беседовал Олег Носков.
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии