Выбор технологий переработки редкометалльных руд, безопасное захоронение радиоактивных отходов и создание лекарств направленного действия – эти задачи учёные решают с помощью синхротронного излучения. Такие проекты представили на брифинге первой международной конференции «Синхротронные исследования: Наука, Знания, Инновации, Будущее» (SKIF-2026). Она прошла 18–23 октября в новосибирском Академгородке и была приурочена к открытию Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ»).
О своих работах рассказали специалисты Института геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН, химического факультета МГУ и Объединённого института ядерных исследований. Первые результаты получены на действующих источниках синхротронного излучения и с помощью комплекса рентгеновских методов. Запуск СКИФа должен расширить возможности подобных исследований в России.
Учёные ИГМ СО РАН вместе с коллегами из Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН изучили керны из Чуктуконского месторождения в Красноярском крае. Керны – это цилиндрические образцы горной породы, которые извлекают при бурении разведочных скважин. Чуктуконское месторождение – одна из крупнейших в России залежей ниобия и редкоземельных металлов. Оно входит в Ангаро-Енисейский кластер глубокой переработки цветных, редких и редкоземельных металлов в Восточной Сибири. Кластер объединяет месторождения Красноярского края, Иркутской области, Хакасии и Тувы.
Редкоземельные металлы востребованы в зелёной энергетике, электронике для электротранспорта, беспилотных летательных аппаратах, системах связи и управления. Россия располагает огромными ресурсами такого сырья, но формы, в которых редкие элементы находятся в рудах, и их взаимоотношения между собой изучены недостаточно. От этих сведений зависит выбор рациональной технологии извлечения. На большинстве месторождений разведка проводилась более полувека назад, а вопросы эффективной переработки руды до сих пор остаются открытыми.
Керны исследовали методом рентгенофлуоресцентного анализа (РФА) на источнике синхротронного излучения ВЭПП-3. Учёные определили концентрации и распределение ниобия и редкоземельных элементов, а также состав геологической матрицы, в которой заключены ценные элементы.
«Мы смогли исследовать керны Чуктуконского месторождения, изучить микроэлементный состав руды с высоким разрешением, определить концентрации и схему распределения ниобия и редкоземельных элементов в руде», – рассказал старший научный сотрудник ИГМ СО РАН, доктор геолого-минералогических наук Илья Прокопьев.
По его словам, результаты анализа отдельных образцов можно перенести на месторождение в целом. «Эти данные можно с помощью специальных алгоритмов искусственного интеллекта экстраполировать на большую территорию и получить карты распределения ценных элементов в руде, что поможет выбрать экономически эффективную и безопасную технологию их извлечения», – пояснил исследователь. Следующим объектом станут керны Большетагнинского ниобиевого месторождения в Иркутской области, которое тоже входит в число приоритетных для освоения объектов Ангаро-Енисейского кластера.
Второй проект связан с экологической безопасностью атомной отрасли. Специалисты МГУ и НИЦ «Курчатовский институт» изучили поведение плутония и нептуния – одних из наиболее опасных компонентов радиоактивных отходов (РАО). Эти элементы обладают высокой радиотоксичностью и длительным периодом полураспада. По данным МАГАТЭ, мировой объём РАО всех классов опасности составляет около 32 млн кубометров, из которых около 5,6 млн ещё ожидают утилизации.
Один из перспективных способов захоронения – размещение отходов в устойчивых пластах горных пород на глубине в сотни метров. Такая многобарьерная система включает матрицу отходов, контейнер, буферы, герметизирующие элементы и саму породу. Однако при проектировании нужно учитывать, что вода может проникнуть через барьеры, а соединения радионуклидов – стать растворимыми. Чтобы прогнозировать миграцию радионуклидов, необходимо понимать, как они взаимодействуют с материалами барьеров и компонентами природных вод на молекулярном уровне.
«Синхротронные методы с высокой интенсивностью пучка позволяют проводить работы быстро и точно даже для малого количества образца или образцов с низкой кристалличностью. Мы делаем упор на изучение новых соединений актинидов с наиболее распространёнными катионами и анионами», – рассказала младший научный сотрудник лаборатории дозиметрии и радиоактивности окружающей среды химического факультета МГУ Анастасия Кузенкова.
Исследователи объединили рентгеноструктурный анализ (XRD) и рентгеновскую спектроскопию поглощения (XANES и EXAFS). Это позволило определить межатомные расстояния, координационные числа и параметры элементарных ячеек. Учёные впервые установили структуры соединений актинидов, ранее не описанных в литературе, а затем изучили растворимость твёрдых фаз и рассчитали термодинамические константы. По словам Анастасии Кузенковой, такие данные помогают оценить, насколько безопасными останутся захоронения через сотни и тысячи лет и какие параметры хранения стоит изменить.
Третье направление относится к медицине. Физики ОИЯИ работают над антибактериальными и противоопухолевыми препаратами на основе сульфорафана. Это природное соединение (изотиоцианат) образуется в брокколи, редисе, цветной и белокочанной капусте и обладает противоопухолевой, антиоксидантной и антибактериальной активностью. Однако в свободном виде молекула нестабильна: она разрушается под действием температуры, света и кислой среды желудочно-кишечного тракта, не успевает накопиться в очаге болезни и быстро выводится из организма.
Защитить вещество и доставить его к цели могут биомиметические липосомы – наночастицы с липидной оболочкой. С помощью малоуглового рентгеновского рассеяния, инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье, дифференциальной сканирующей калориметрии и молекулярной динамики учёные расшифровали наноструктурные параметры интеграции сульфорафана в липидный бислой.
«Без понимания того, как именно сульфорафан интегрируется в защитную липидную мембрану, невозможно рассчитать точную дозировку и стабильность будущего препарата», – отметила старший научный сотрудник Лаборатории нейтронной физики ОИЯИ, кандидат физико-математических наук Юлия Горшкова.
Именно с этим направлением исследователи прямо связывают ожидания от СКИФа. Высокая яркость рентгеновского пучка позволит наблюдать сборку, структурные переходы и стабильность нанокапсул в режиме реального времени. По оценке учёных, это может существенно ускорить доклинические исследования отечественных препаратов.
Конференция SKIF-2026 проводилась при поддержке Российского научного фонда. Её организаторами выступили Институт катализа СО РАН, ЦКП «СКИФ», Институт ядерной физики СО РАН, Министерство науки и высшего образования РФ, НИЦ «Курчатовский институт», Правительство Новосибирской области и Сибирское отделение РАН.
Сергей Исаев
Фото – Ольга Зайцева, оргкомитет конференции SKIF-2026
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии