В Новосибирске планируется создание федерального исследовательского центра на базе Института гидродинамики СО РАН и Института теплофизики СО РАН.

Процесс объединения институтов Академии наук в более крупные структуры – федеральные научные центры (ФИЦ) – начался около десяти лет назад как один из элементов реформирования РАН. При этом использовался один из двух подходов.

В рамках первого объединяли институты со схожей тематикой работ, часто имевшие до того опыт совместных исследовательских проектов. Первым примером подобного рода в Сибири стало создание ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН», в который помимо этого института вошли три НИИ медицинской и сельскохозяйственной тематики. Это позволило выполнять в рамках одного центра так называемые «проекты полного цикла» — от фундаментальных исследований до создания на их основе конкретных технологий и продуктов, которые можно выводить на рынок.

Вторая стратегия подразумевает объединение по «территориальному признаку», как, например, в Красноярске, где в рамках одного ФИЦ объединили самые разные институты СО РАН, работавшие на территории этого города. Как показал опыт, второй путь сопряжен с риском дисбаланса, когда одни направления науки получают усиление, а другие, напротив, сворачиваются.

Можно предположить, что в рассматриваемом случае более вероятен первый вариант, поскольку оба института ведут исследования в области физики. Хотя определенные различия имеются: Институт теплофизики выполняет много проектов в интересах энергетической отрасли и транспорта, Институт гидродинамики добился много в области физики взрывных процессов (сварка взрывом и др.), на основе которых разработаны новые технологии для судостроения, авиации, космонавтики, а также других отраслей промышленности.

Тем более, как сообщил один из собеседников «Континента Сибирь», каждый институт сохраняет свое юридическое лицо, свой бюджет, свою администрацию. Но через ФИЦ они смогут реализовывать крупные проекты и получить более крупные гранты. Кроме того, ранее обсуждался вариант включения в этот проект еще и третьего участника – Института теоретической и прикладной механики СО РАН, но пока такое решение не принято.

 Директором Института теплофизики СО РАН с 2017 года является академик Дмитрий Маркович, руководителем Института гидродинамики СО РАН — доктор физико-математических наук Евгений Ерманюк, который занимает этот пост с 2019 года (с марта 2019 года по октябрь 2020 года в качестве врио директора, с октября 2020 года — в статусе директора).

Новая методика может снизить риск репродуктивных проблем в следующих поколениях.

Сотрудники Института цитологии и генетики СО РАН разработали новую методику генетического анализа эмбрионов, которая позволяет более точно отбирать эмбрионы при проведении процедуры экстракорпорального оплодотворения (ЭКО). Подход основан на применении технологии Hi-C, которая позволяет узнать пространственную организацию ДНК, и может выявлять хромосомные перестройки, недоступные для стандартных методов преимплантационного генетического тестирования.

Сегодня при ЭКО широко используется тестирование эмбрионов на анеуплоидии – изменения числа хромосом или их крупных фрагментов. Однако такие методы не позволяют обнаружить сбалансированные транслокации – перестройки, при которых участки разных хромосом меняются местами без изменения общего количества ДНК. Перенос таких эмбрионов может приводить к рождению ребенка без патологий, но в будущем у него сохраняется риск повторения серьезных репродуктивных проблем.

«Существующие методы в первую очередь нацелены на выявление изменения числа копий хромосом. Мы же можем дополнительно детектировать сбалансированные транслокации – ситуации, когда количество ДНК сохраняется, но меняется  расположение отдельных участков», – объяснила одна из авторов работы, аспирантка ИЦиГ СО РАН Яна Степанчук.

Как отмечают ученые, носители сбалансированных транслокаций часто не имеют никаких клинических проявлений, однако у них повышен риск образования несбалансированных половых клеток. Это может приводить к неудачам имплантации эмбриона, повторяющимся выкидышам или рождению детей с хромосомными патологиями. По данным исследователей, такие перестройки встречаются примерно у 0,5% людей в общей популяции и до 4% – в парах, у которых встречаются повторяющиеся случаи невынашивания беременности.

Поэтому в ряде случаев, применение методики позволяет не только более эффективно отбирать эмбрионы для проведения процедуры ЭКО, но и точнее диагностировать причину репродуктивных проблем у их родителей.

Метод был проверен в рамках многоцентрового исследования в сотрудничестве с клиниками ЭКО. Анализ проводился на эмбрионах, от которых отказались в ходе стандартной процедуры и с согласия их родителей. Полученные результаты сравнивались с данными стандартных подходов тестирования.

Одной из ключевых трудностей стало отсутствие полноценной контрольной группы эмбрионов без генетических нарушений. «Эмбрионы без отклонений, как правило, используют для переноса, поэтому собрать “идеальный” контроль практически невозможно», – отметила Яна Степанчук. Эту проблему ученые решили с помощью алгоритмов искусственного интеллекта.

Совместно с исследователями из AIRI и при поддержке фонда Blue Sky Research был разработан алгоритм GENOTECTOR, который анализирует данные внутри одного образца, сравнивая различные участки генома между собой. «Наш метод работает существенно лучше стандартных инструментов, применяемых без контрольного образца, и даже немного превосходит подходы с усредненным контролем», – подчеркивает исследователь.

Авторы считают, что в перспективе новая методика может стать более информативной альтернативой стандартному преимплантационному генетическому тестированию. В отдельных случаях она позволяет не только точнее отобрать эмбрион, но и выявить скрытую причину многолетних репродуктивных проблем у пары.

Пока разработка находится на стадии proof of principle. Следующим шагом должно стать расширение выборки, сертификация метода и создание коммерческого диагностического набора. «Для внедрения в клиническую практику нам необходимы партнеры – клиники или компании, готовые взять на себя разработку и сертификацию продукта», – рассказала Яна Степанчук.

Результаты исследования опубликованы в виде препринта (https://www.researchsquare.com/article/rs-8269410/v1) и в настоящее время рассматриваются научными журналами.

Пресс-служба Института цитологии и генетики СО РАН

Известно, что недоброжелатели нашей страны привыкли уподоблять ее «большой бензоколонке», прямо указывая на то, будто вся российская экономика построена на экспорте сырья. В России якобы нет ни одной отрасли, где мы занимали бы лидерские позиции. Этот стереотип возник давно, и он намеренно тиражируется по сей день.

Однако в реальности, как мы знаем, всё далеко не так печально, поскольку у нас есть отрасли, где мы находимся в безусловных лидерах. Так, в области ядерных технологий Россия уверенно опережает своих конкурентов (о чем мы неоднократно писали). Есть и другая отрасль, где мы всё еще находимся в топе – это авиационная промышленность. Принципиальное значение здесь имеет двигателестроение, поскольку без собственных двигателей вы никогда не войдете в группу лидеров. Что касается нашей страны, то она – одна из немногих стран, обладающих полным циклом производства авиационных двигателей.

В то же время на этом поприще обостряется конкуренция, появляются новые требования, новые научные тренды, новые направления. Удержаться в топе оказывается не так-то легко. Российская авиастроительная отрасль сталкивается сейчас с серьезными вызовами, которые продиктованы как общей ситуацией на мировом рынке, так и необходимостью очередного технологического рывка. Кто сможет ответить на эти вызовы, тот и сохранит свое технологическое лидерство в данной области.

Каковы здесь шансы России? Этой проблеме была посвящена отдельная прогноз-сессия «Технологии для обеспечения глобального превосходства», организованная в рамках Третьего Научно-производственного форума «Золотая долина-2025», прошедшего на площадке НГУ 13 – 14 ноября.

Напомним, что в России разработкой, серийным изготовлением и обслуживанием авиационных двигателей занимается АО «Объединенная двигателестроительная корпорация» (ОДК), входящая в Государственную корпорацию «Ростех». Как заметил ее представитель, выступавший на форуме, к настоящему времени в ОДК уже полностью восстановили весь потенциал советских времен и даже опередили СССР по номенклатуре готовой продукции. Здесь занимаются не только двигателями для авиации, но также двигателями для энергетики, для космической техники и для нефтегазовой промышленности. Однако авиация (то есть «воздушное» направление) является здесь основным полем деятельности. В настоящее время происходит расширение линейки двигателей для гражданской авиации, и как раз здесь конкуренция обостряется сильнее всего.

Начнем с того, что парк воздушных судов удваивается каждые 15 лет. Через двадцать лет в мире будет насчитываться 37 тысяч летательных аппаратов с турбореактивными двигателями. Это означает, что на такую продукцию будет расти спрос. В то же время на мировом рынке авиационных двигателей увеличилось количество игроков. Так, еще недавно было всего четыре страны-лидера (включая Россию). Теперь их уже пять. Этой пятой страной, освоившей технологии изготовления современных авиадвигателей, стал Китай, который полностью оснащает себя воздушными судами с собственными двигателями.

Фактор Китая (если можно так выразиться) имеет сегодня серьезно значение, поскольку эта страна активно развивает передовые технологии. В каком-то смысле Китай является теперь конкурентом и для России, и это можно считать одним из вызовов для нашей авиационной промышленности.

Другой немаловажный момент – ужесточение требований к авиационным двигателям в западных странах. Так, из-за введенных в 1990-е годы ограничений по шуму европейский рынок для наших воздушных судов оказался фактически закрыт. Нас просто перестали туда пускать. Руководство страны не сумело тогда оперативно отреагировать на этот вызов, и потому указанное десятилетие стало провальным для отечественной авиационной промышленности, ориентированной на «гражданку». Произошло так, что весь наш сегмент гражданской авиации оказался под технологическим контролем со стороны западных компаний.

Теперь этот печальный опыт стараются принимать во внимание и не повторять прошлых ошибок. Так, на очереди – ужесточение экологических требований. Данное обстоятельство вынуждает компанию ОДК осуществлять заделы на много лет вперед – с учетом перспектив глобального развития. С одной стороны, это открывает новые инновационные направления деятельности, но с другой, значительно обостряет конкурентную борьбу.

Как ни странно, но сегодня - благодаря введенным против нашей страны санкциям – нам удалось восстановить свой паритет. Поэтому вопросы, связанные с теми же экологическими ограничениями, рассматриваются на далекую перспективу. Всё это уже закладывается в новые технические разработки.

Первый вопрос, которые приходится решать, исходя из обозначенных перспектив развития, - это возможности экономии топлива. Сегодня данное требование к авиационным двигателям можно рассматривать как одно из ключевых. Как показывают расчеты, снижение расхода топлива даже в полпроцента дает на дальних магистралях экономию в десятки тонн керосина. По словам представителя ОДК, за последние 50 лет газотурбинный двигатель улучшил свои характеристики как минимум на 30%, и они продолжают улучшаться. Хотя с точки зрения термодинамического цикла из него «выжато» уже всё.

На сегодняшний момент дальнейшее улучшение возможно только за счет внедрения принципиально новых конструктивных решений. Над этим сейчас идет работа. Сегодня в мире (в том числе – в ОДК) закладываются эти самые новые направления. Например, создание авиационных двигателей с открытым ротором. Предполагается, что таким путем можно снизить расход топлива на 15%. Однако здесь есть свои сложности, что, конечно, требует дальнейшей работы.

Серьезную роль должны сыграть достижения в области материаловедения. В ОДК считают, что сегодня мы находимся на переломном рубеже перехода к новым материалам. Речь идет о широком применении в двигателестроении композиционных материалов. Сама эта тема далеко не нова, однако ее практическая реализация обещает поистине революционный технологический прорыв. На этом направлении в ОДК уже проходят испытания готовых деталей. Основное преимущество новых материалов в том, что они позволяют выдерживать температуру в 1300 градусов Цельсия без охлаждения конструкций. Традиционные металлические сплавы выдерживают температуры примерно на уровне 1100 градусов.

Таким образом, кардинально меняется сама парадигма материалов для двигателей. Однако, для успешного осуществления такого прорыва потребуется концентрация усилий со стороны научных организаций. То есть в нашей стране необходимо будет серьезно поставить научно-исследовательскую работу как раз в области материаловедения. Причем, для этих целей могут быть задействованы самые разные академические институты, в том числе – институты СО РАН.

Отметим, что несколько лет назад представители ОДК уже обращались к сибирским ученым с просьбой организовать у себя подобные работы. Очевидно, что сотрудничество по этому важному направлению продолжается. Следовательно, научный потенциал институтов СО РАН будет прямо или косвенно влиять на нашу способность одержать верх в глобальной технологической конкуренции по такому важному направлению, как авиационная промышленность. Соответственно, успехи на этом поприще помогут наглядно разрушить вредный стереотип о России как о «большой бензоколонке». И это очень своевременно, учитывая, что уже на самом верху принято решение наполнять государственный бюджет не только за счет продажи энергоресурсов, но также за счет поставок на мировой рынок высокотехнологичной продукции. Данная установка, как мы понимаем, будет означать отход от той экономической модели, которую претворяли на протяжении 1990-х годов так называемые «эффективные менеджеры». Сегодня делается ставка на технологический суверенитет. И очевидные успехи той же АО ОДК наглядно показывают, что такой путь вполне реализуем даже в условиях западных санкций.

Константин Шабанов

Новогодний семинар в Институте физики полупроводников традиционно устроен так, что главные впечатления года собираются в большую мозаику: рядом оказываются самые разные сюжеты — от фундаментальной физики и развития технологий до неожиданных научно-популярных новостей. 32-й семинар прошёл как раз в такой атмосфере — с ироничными вступлениями, быстрыми переключениями тем и обязательным «переходом по алфавиту» (который, впрочем, не раз нарушали ради тех, кому надо было срочно уходить). А ещё — с редким ощущением, что в одном зале можно услышать сообщения и про «свиней как объект агробиотеха», и про принцип Паули, и познакомиться с межзвёздными странниками.

Организатором и ведущим мероприятия выступил заведующий лабораторией физики низкоразмерных электронных систем Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН (ИФП СО РАН) член-корреспондент РАН Дмитрий Харитонович Квон.

Семинар открылся докладом директора ИФП СО РАН академика РАН Александра Латышева, представившего спектр деятельности института за 2025 г: «В уходящем году ИФП СО РАН стал организатором двух крупных конференций, где собрались ведущие ученые, представители бизнеса и промышленности со всей страны — это форумы “Фотоника” и “Физика ультрахолодных атомов”. В дополнение мы провели две школы для молодых ученых: “Актуальные проблемы полупроводниковых наносистем” и “Физика и технология квантовых систем”».

Директор ИФП СО РАН отметил высокую публикационную активность сотрудников института, акцентировав внимание на достижениях молодежи: «Среди высокорейтинговых журналов, в которых вышли публикации сотрудников института — Nature Communications (первый автор к.ф.-м.н. Алексей Миронов), Physical Review Letters (первый автор в двух из четырех публикаций — аспирант ИФП СО РАН Даниил Сарыпов из научной группы д.ф.-м.н. Артура Погосова). Молодой ученый к.ф.-м.н. Илья Милёхин стал первым автором публикации в журнале Applied Surface Science, и вошел в авторский коллектив еще двух статей.

Трое молодых ученых (Илья Милёхин, к.ф.-м.н. Дмитрий Рогило, к.ф.-м.н. Вячеслав Тимофеев) руководят грантами Российского научного фонда, Ян Майдэбура получает стипендию Президента РФ для аспирантов. Лауреатом премии им. К.К. Свиташева по результатам «молодежного» конкурса СО РАН за работы в области опто- и наноэлектроники стал к.ф.-м.н. Алексей Петров».

Александр Латышев рассказал и о «космическом» событии института. «Проект “Экран-М” успешно реализован в этом году. 11 сентября на МКС прибыла установка молекулярно-лучевой эпитаксии (созданная в ИФП СО РАН) для выращивания полупроводников в космосе, а 16 октября она была выведена за пределы станции. Уже проведены первые эксперименты по выращиванию полупроводниковых структур в открытом космосе и образцы доставлены на Землю. Идея проекта “Экран-М” принадлежит д.ф.-м.н. Олегу Петровичу Пчелякову, а главный конструктор проекта — д.ф.-м.н. Александр Иванович Никифоров.

Отмечу, что в ноябре 2025 г. Илон Маск заявил, что запустит в космос мини-фабрики по производству чипов», — подчеркнул академик.

Дальше разговор повернулся к атомным массивам. На экране — флуоресценция одиночных атомов, десятки светящихся точек. «В этом году, в конце ноября мы получили атомный массив.

Отдельные точки на фотографии — флуоресцирующие одиночные атомы. Это второй атомный массив в России, и результат получен нашей молодежной командой. Можно рассчитывать, что в дальнейшем на этой платформе будет создан квантовый компьютер», — воодушевил старший научный сотрудник ИФП СО РАН кандидат наук Илья Бетеров. 

Другое яркое впечатление исследователя — от поездки в Китай: «Здесь я увидел сверхпроводящие квантовые процессоры, те самые, о которых до этого можно было только читать. Я увидел и криостаты растворения, и сверхпроводящий чип, который помещается внутрь. К последнему подводится огромное количество кабелей, каждый идёт к своему СВЧ-генератору для управления квантовыми состояниями отдельных кубитов.

Сейчас китайские коллеги предоставляют облачный доступ к этой системе. В то время, как IBM заблокировала доступ исследователям из России и Китая, китайские коллеги его дают для учёных со всего мира — можно на 100 кубитах делать эксперимент. Поэтому желаю, чтобы в наступающем году ни мы не замыкались, ни нас не замыкали, и пусть год будет успешным в научном плане», — прозвучала стратегия-пожелание от Ильи.

Заведующий лабораторией ИФП СО РАН кандидат физико-математических наук Дмитрий Щеглов начал с поздравлений: ««В конце года произошел перепуск пучка электронов с энергией 3 ГэВ из бустерного синхротрона через 220-метровый транспортный канал в накопительное кольцо СКИФ, мы можем поздравить коллег! На СКИФе уже формируются планы строительства станций второй очереди».

Затем ученый перешел к особенностям и ограничениям литографии — ключевой технологии производства микросхем. Прогресс в микроэлектронике связан с уменьшением геометрических размеров отдельных элементов. А топология и размеры элементов задаются литографией.

Дмитрий напомнил, что существующая на сегодняшний день разрешающая способность литографии, определяется длиной волны в 13,5 нанометров. Разрешающую способность можно повысить, только создавая принципиально новый тип литографии или уходя в более коротковолновую, например, рентгеновскую область.

«Есть предположение, что возможное развитие рентгеновской литографии на СКИФ позволит использовать его выдающиеся характеристики. Надо ориентироваться на то, что у нас появляется очень хороший инструмент. Я призываю всех активно участвовать, надо уже сейчас занимать станции следующей очереди для исследований в области физики полупроводников, физики твёрдого тела», — завершил сообщение ученый.

Новогодний семинар ИФП СО РАН много лет остаётся не просто серией докладов, а объединяющей традицией, где каждый делится и новыми знаниями, и эмоциями, впечатлениями, переживаниями. Так и возникает новогоднее научное настроение и перебрасывается мостик между годом уходящим и наступающим. 

Надежда Дмитриева

Мы неспроста уделяем повышенное внимание теме декарбонизации, поскольку это – одна из глобальных задач, в решение которой вовлечена и наша страна. В России также принята стратегия низкоуглеродного развития, и наше благосостояние во многом зависит от того, каким содержанием она будет наполнена. Относительно конкретики какое-то время оставалась неопределенность, но теперь ситуация по этому вопросу более-менее прояснилась. Руководство РФ в целом определилось, на каких основаниях выстраивать свой «зеленый курс», и вряд ли это станет (будем надеяться) повторением пути западных стран.

Полагаем, что корректировка российского курса не в последнюю очередь связана с печальными итогами европейской декарбонизации. Кстати, на Западе противники «зеленого курса» эти печальные итоги предрекали давно. По крайней мере, критические публикации там появлялись регулярно. Правда, на них не обращали внимания ввиду того, что они исходили от людей, имеющих репутацию маргиналов. Тем не менее, пару лет назад даже ведущие западные издания начали постепенно открывать глаза на проблему. Делалось это всё с высочайшей осторожностью, с оговорками, дабы не бросить тень на саму идею декарбонизации. Однако и такие признания имеют большое значение, поскольку они произносятся теми, кто поддерживал «зеленый курс» изначально.

В этом плане весьма показателен недавний отчет аналитического центра Тони Блэра (бывшего премьер-министра Великобритании), посвященный анализу итогов декарбонизации и размышлениям об энергетической стратегии будущего. Для нас этот документ важен тем, что в нем подробно и достаточно честно представлена неблагоприятная ситуация в энергетическом секторе Великобритании и проведен анализ ключевых проблем. В том числе - тех, которые прямо связаны с политикой декарбонизации, где Великобритания долгое время занимала место главного лидера (мы бы даже сказали – являлась образцово-показательным примером для других европейских стран в вопросах декарбонизации).

Отметим, что Тони Блэр является представителем лейбористской партии, которая с большим энтузиазмом бралась за реализацию климатической повестки. Но, судя по указанному отчету, в этом деле что-то пошло не так. Вот с этим «не так» авторы отчета и решили разобраться. Нет, они не выступают в роли ниспровергателей «зеленого курса», однако честно признают, что здесь были допущены серьезные просчеты. В целом содержание документа можно свести к такой формуле: «Мы ставили правильную цель, но достигали ее неправильно. Теперь у нас большие проблемы, но в будущем мы всё исправим и сделаем как надо».

Авторы указывают на то, что по мере снижения углеродных выбросов происходили и другие существенные трансформации. Так, Великобритания изначально – еще со времен промышленной революции – опиралась на собственные энергоресурсы и даже отправляла их на экспорт. Однако постепенно она стала превращаться из страны-экспортера в страну, зависящую от импорта энергоресурсов. Причем, в последние годы эта зависимость только возрастает (несмотря на стремительно возросшую долю ВИЭ в энергобалансе страны).

Переход от экспорта к импорту произошел с начала «нулевых» годов, примерно с 2004 года. В 2017 году чистый импорт энергоносителей уже составлял 36% от потребностей Великобритании в энергии. В 2024 году уже 43% потребностей страны в энергии удовлетворялись за счет импорта.

Основную причину такого положения дел авторы отчета видят в том, что в конце прошлого века страна стремительно перешла от угля на углеводороды, добываемые в Северном море. Газовые электростанции начали вытеснять угольные ТЭС и АЭС. Добываемый в Северном море газ был относительно дешев, поэтому масштабная газификация воспринималась как вполне разумное решение. Мало того, жесткие нормативы по парниковым выбросам (которые вводились в рамках декарбонизации) привели к тому, что уголь не мог конкурировать с природным газом и потому совершенно вышел из энергосистемы. Что касается мирного атома, то работа в этом направлении сильно застопорилась из-за бурного увлечения возобновляемыми источниками энергии. 

В 2000 году в общем энергобалансе Великобритании доля угля составляла чуть более 38%, доля природного газа – около 40%, доля ВИЭ – 2,8 процента. К 2024 году, благодаря активной реализации «зеленого курса», соотношение резко изменилось. Доля угля упала до 0,2%, доля газа составила 30%, тогда как доля ВИЭ поднялась до рекордных 36,4 процента! Если брать ветроэнергетику, то ее мощности за указанный период выросли в 75 раз!

Возможно, всё было бы нормально (полагают авторы отчета), если бы не истощение нефтегазовых месторождений, снабжавших страну дешевым топливом. Пик добычи в Северном море пришелся на 1999 год, после чего добыча начала снижаться, и страна стала попадать в зависимость от импортных углеводородов. Восполнить добычу за счет освоения новых месторождений пока не удается. Этому мешает и проводимая в стране «зеленая» политика, когда слишком высокие налоги на прибыль от продажи нефти и газа сделали эту отрасль непривлекательной для инвесторов. Параллельно осуществляется остановка выдачи лицензий на добычу углеводородов. Подобные меры, как мы понимаем, были приняты как раз в контексте начавшейся декарбонизации экономики. 

Иными словами, руководство этой страны последовательно проводит «зеленый» курс, делая ставку на ВИЭ. Однако, как выясняется, строительство ветряков никак не компенсировало нехватку ископаемого топлива. Теперь Великобритания увеличивает импорт сжиженного газа, который с 2017 года по 2023 год вырос на 171 процент! В итоге энергетика этой страны оказалась в сильной зависимости от мировых цен на газ, которые с определенного момента начали серьезно расти. К 2005 году цены на газ выросли на 17% выше средних показателей. К 2020 году они выросли более чем в два раза и сильно подскочили в 2022 году (здесь звучит дежурное обвинение в адрес России, которая развязала военные действия против Украины и тем самым взвинтила-де цены на газ). Вместе с ростом цен на газ стала закономерно дорожать и энергия для конечных потребителей, которая на сегодняшний день – самая дорогая в Европе.

Авторы отмечают, что параллельно – начиная с 2001 года - в стране снижается энергопотребление. Так, спрос на электроэнергию с 2005 года снизился на 25 процентов. А примерно с 2000 года потребление энергии на душу населения сократилось на 37 процентов. Сегодня данный показатель – самый низкий в Европе.

В этой тенденции авторы усматривают как положительную сторону, так и отрицательную. Плюс в том, что снижение энергопотребления частично происходит благодаря увеличению энергоэффективности. Это радует. Но отрицательная сторона расстраивает куда больше. Дело в том, что примерно с 1970 года в стране наблюдается долгосрочный спад энергоемких отраслей промышленности, в первую очередь – сталелитейной и химической. В период с 1990 года по 2023 год доля обрабатывающей промышленности в экономике снизилась с 17% до 9 процентов (вместо этого существенно выросла сфера услуг).

В настоящее время, подчеркивают авторы, высокие цены на электроэнергию становятся препятствием для ре-индустриализации, то есть для возрождения и обновления энергоемкой промышленности. По сути, промышленная мощь некогда великой империи утрачена, а для надежд на ее восстановление пока что нет оснований как раз по причине проблем в энергетической отрасти.

Причем, высокая стоимость энергии коснулась и рядовых потребителей, что приводит к снижению качества жизни в стране. В ответ на рост тарифов люди прибегают к вынужденной экономии. Так, в ноябре и декабре 2022 года почти 80% домохозяйств Великобритании намеренно снизили температуру в своих домах. Из-за роста цен, отмечают авторы, примерно каждый третий житель этой страны столкнулся с энергетической бедностью, а каждый четвертый решил не включать отопление в зимний период!

Авторы доклада, конечно же, стараются отвести подозрения от проводимой в стране политики декарбонизации, и в особенности – от увлечения ветряками. Именно поэтому они переносят акцент на природный газ. В то же время они вынуждены признать, что и отказ от угля, и остановка работ по развитию атомной энергетики очень плохо сказались на положении в энергетической отрасли, поскольку в стране не оказалось надежных источников, способных обеспечить стабильную базовую нагрузку.

Что касается ВИЭ, то их эффективность (по мнению авторов) оказалась слишком низкой из-за отсутствия необходимой инфраструктуры. В первую очередь речь идет об ограниченной работе сетей. Поразительно, но только теперь, задним числом, эксперты обращают внимание на то, что создание крупных ветропарков требовало адекватных капвложений и в сетевое хозяйство, без чего немалая доля энергии, вырабатываемой теми же ветряками, терялась впустую (так считают авторы отчета). Главная проблема здесь в том, что ветряки зачастую расположены далеко от мест высокого потребления электроэнергии. И осуществить ее оперативную «переброску» из отдаленных мест конечному потребителю оказалось не так-то просто как раз из-за плохой работы сетей. К тому же операторам было намного удобнее включать газовые генераторы для покрытия потребностей, чем координировать работу с ВИЭ.

Авторы видят в этом огромный изъян, но все же выражают надежду на то, что в будущем будет сделано всё по-умному. Однако такими высказываниями они только лишний раз подтверждают тот факт, что бурое строительство ветряков превратилось в банальную кампанейщину, работавшую не на экономику страны, а на пиар ее руководителей (примеров такого пиара – тьма).

Есть и еще куда более интригующий момент, на который в европейских странах не принято обращать внимание. Авторы отчета показали его, что называется, во всей красе. Так, разбирая структуру тарифа на электрическую энергию, они высветили в нем одну весьма сомнительную компоненту – субсидии на производство электроэнергии. Данная компонента в структуре тарифа выросла с 2015 года более чем в два раза – с 8,5% до 20 процентов. Фактически, речь идет о сборах с потребителей средств для финансирования субсидий, выделяемых на «зеленый» энергопереход.

Напомним, что строительство объектов возобновляемой энергетики в Европе (включая Великобританию) осуществляется благодаря целенаправленной поддержке со стороны государства. Из этого никогда не делали секрета, однако при этом не заостряли внимание на том, за чей счет компенсируются эти затраты. Судя по тому, что пишут авторы отчета, эти затраты на «озеленение» британской энергетики легли на плечи конечных потребителей, которые теперь платят за электричество больше, чем это было в «углеродную» эпоху, когда энергосистема полагалась на угольные ТЭС.

Как отмечают авторы, Великобритания стала лидером в вопросах декарбонизации, но за это пришлось заплатить высокую цену. А если конкретно, то эту цену заплатили жители страны. Причем, буквально – из собственных кошельков.

Нам, россиянам, стоит иметь в виду этот наглядный пример, чтобы не совершить тех же ошибок. И главное – не поддаться той же риторике, которой в течение нескольких лет «охмуряли» простых англичан, рисуя им захватывающие картины «зеленого» будущего с огромными ветряками.

Андрей Колосов

Правительство приступает к реализации национального проекта «Технологическое обеспечение биоэкономики». Паспорт нацпроекта и входящие в его состав федеральные проекты утвердил президиум Совета при Президенте России по стратегическому развитию и национальным проектам.

Новый нацпроект носит комплексный характер. Председатель Правительства Михаил Мишустин, комментируя этот вопрос на отраслевой стратегической сессии, отмечал, что «Биоэкономика» сформирует фундамент сразу для нескольких направлений, в числе которых химия, пищевая индустрия, энергетика, медицина, экология, сельское хозяйство.

«До 2030 года мы намерены нарастить уровень технологической независимости по продуктам биоэкономики до 40%. Планируется увеличить объём производства продукции биоэкономики на 96%, повысить долю отечественных биотехнологических продуктов в структуре потребления до 55%. Также вырастет количество предприятий, вовлечённых в подготовку, профессиональную переподготовку и повышение квалификации кадров по направлению биоэкономики. В этой работе должно участвовать 100% отраслевых компаний. Задачи ставим достаточно амбициозные, однако и наша отрасль сегодня обладает высоким потенциалом. Совместными усилиями с бизнесом и научным сообществом мы обязательно достигнем поставленных целей», – отметил Первый заместитель Председателя Правительства Денис Мантуров.

В структуру нацпроекта войдут три базовых федеральных проекта: «Организация производства и стимулирование сбыта продуктов биоэкономики», «Научно-технологическая поддержка развития биоэкономики» и «Аналитическое, методическое и кадровое обеспечение биоэкономики».

Ключевая задача национального проекта – консолидировать усилия, мощности и ресурсы, создать конкурентные предприятия, в том числе за счёт модернизации имеющихся.

Накануне Нового года учёные Института ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН по традиции поделились лучшими результатами своих исследований в прошедшем 2025 году. Они получены в разных областях – от коллайдеров и теории элементарных частиц до термоядерных технологий – но объединены общей целью: лучше понять устройство нашего мироздания. Рассказываем по порядку.

Как удалось увеличить интенсивность пучка NICA

Коллайдер NICA, строящийся в Дубне, предназначен для изучения плотной барионной материи – состояния вещества, существовавшего в ранней Вселенной и, возможно, в недрах нейтронных звёзд. Чтобы такие исследования были эффективными, пучки тяжёлых ионов должны быть максимально плотными и хорошо сфокусированными. Чем выше плотность пучка, тем больше полезных столкновений и тем богаче экспериментальные данные.

В 2025 году специалисты Объединённого института ядерных исследований и ИЯФ СО РАН продемонстрировали принципиально важный результат: интенсивность пучка в бустере NICA удалось увеличить до шести раз. Ключевую роль в этом сыграла система электронного охлаждения, разработанная в Новосибирске.

Принцип электронного охлаждения был предложен ещё Гершем Будкером. Его идея проста и изящна: если «горячие» ионы пропустить вместе с «холодными» электронами, последние будут забирать часть тепловой энергии, а ионный пучок – сжиматься. В результате ионы образуют тонкий, плотный «шнур», в который можно эффективно добавлять новые частицы. За свою полувековую историю такой метод воздействия на ионный пучок, широко известный как электронное охлаждение, стал одним из наиболее удобных и действенных способов оптимизации параметров ионных пучков, циркулирующих в синхротроне.

В 2025 году этот подход был реализован в режиме многократной инжекции в продольном фазовом пространстве – ранее недостижимом для столь тяжёлых ионов. В результате интенсивность пучка была увеличена до 6 раз. Причем, удалось не просто улучшить параметры пучка, а показать, что технология электронного охлаждения остаётся незаменимым инструментом современных ускорителей.

Как подчёркивают в ИЯФ СО РАН, ни одна другая организация в мире не располагает таким уровнем компетенций в области электронного охлаждения. Сегодня ионные накопители без таких систем практически не используются – и успех на NICA это убедительно подтвердил.

Две петли вместо одной: теория догоняет эксперименты

Экспериментальная физика невозможна без точной теории. Но с ростом точности измерений теоретикам приходится решать всё более сложные задачи. Именно с такой проблемой столкнулись электрон-позитронные коллайдеры нового поколения – от новосибирского ВЭПП-2000 до SuperKEKB в Японии и будущего FCC-ee в ЦЕРНе.

 «Когда электрон с позитроном аннигилируют, рождаются новые частицы, которые мы наблюдаем и изучаем в эксперименте. Сам процесс аннигиляции и рождения частиц в теории описывается через обмен ненаблюдаемыми виртуальными частицами, например, фотонами. В самом грубом приближении процесс электрон-позитронной аннигиляции описывается рождением одного виртуального фотона. Но для интерпретации результатов наших экспериментов нам надо учитывать и более сложные процессы, когда рождается несколько виртуальных фотонов, виртуальные электрон-позитронные пары и другие частицы. Знаменитый физик-теоретик Ричард Фейнман придумал очень наглядный способ описания процесса обмена виртуальными частицами – диаграммы Фейнмана. Когда рождается много виртуальных частиц, на диаграмме Фейнмана это изображается в виде замкнутых петель. Поэтому расчеты, в которых учитываются такие сложные процессы, называются петлевыми поправками. Для достижения той точности, которая требуется нам в наших исследованиях, необходимо учитывать поправки, в которых есть две петли», – объяснил заместитель директора ИЯФ СО РАН по научной работе член-корр. РАН Иван Логашенко.

Требуемые двухпетлевые поправки – это совершенно иной уровень сложности. Каждая «петля» на диаграммах Фейнмана соответствует многомерному интегралу, который может приводить к математическим бесконечностям.

Теоретики ИЯФ СО РАН сделали здесь важный шаг вперёд. В 2025 году они разработали алгоритм, позволяющий автоматически приводить системы дифференциальных уравнений к так называемой эпсилон-форме – виду, в котором многопетлевые расчёты становятся управляемыми. Этот подход реализован в специализированных программах, включая пакет Libra.

«Первым процессом, для которого мы вычислили двухпетлевые поправки, была электрон-позитронная аннигиляция в мюон-антимюонную пару. Эти поправки в том числе необходимы и для следующего поколения экспериментов, которые проводятся в ИЯФ СО РАН на коллайдере ВЭПП-2000. Используя наш подход, мы работаем над вычислением двухпетлевых поправок и для других важных процессов в физике частиц.». Это не абстрактная задача: именно этот процесс используется как «стандартная свеча» для нормировки экспериментов на ВЭПП-2000», - рассказал главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН доктор физико-математических наук профессор РАН Роман Ли.

Повышение точности этих расчётов напрямую влияет на определение аномального магнитного момента мюона – одной из ключевых величин, по которой проверяется Стандартная модель и ищутся признаки Новой физики. По оценкам учёных, новый метод позволит улучшить точность соответствующих теоретических предсказаний в 3–4 раза, и он уже вызывает интерес у ведущих коллайдерных центров мира.

Пучки для термояда: шаг к реакторным технологиям

Еще один важный результат 2025 года связан с разработкой технологий управляемого термоядерного синтеза. В ИЯФ СО РАН создаются атомарные инжекторы – устройства, которые позволяют нагревать и диагностировать плазму в токамаках, разгоняя её до температур порядка 200 миллионов градусов.

В рамках федерального проекта по развитию термоядерной энергетики в институте был создан прототип инжектора, использующего пучок отрицательных ионов водорода с энергией 400 кэВ и током более одного ампера. Для превращения этих ионов в быстрые атомы разрабатывается плазменный нейтрализатор с эффективностью до 85% – чрезвычайно высоким показателем.

Отличительная особенность новосибирской конструкции – разделение источника ионов и ускорителя с помощью переходной области с интенсивной откачкой. Это решение позволяет очистить пучок от паразитных примесей, повысить высоковольтную прочность и надёжность всей системы. В прототипе также реализованы оригинальные системы охлаждения электродов и распределённой подачи цезия, обеспечивающие стабильную работу источника ионов.

Отработанные технологии планируется использовать при создании нового российского токамака с реакторными технологиями. Более того, специалисты подчёркивают, что многие из этих решений могут быть востребованы и в международных проектах, включая будущие установки УТС.

***

Результаты 2025 года показывают, что ИЯФ СО РАН уверенно работает сразу на нескольких фронтах современной физики. Управление пучками частиц, точные теоретические вычисления и технологии термоядерного нагрева – это разные задачи, но все они требуют предельной аккуратности и глубокого понимания физики процессов. Именно в этом и заключается стиль новосибирской школы: не просто раздвигать границы возможного, а делать это с инженерной и научной точностью.

Сергей Исаев

Конец года, а значит, настала пора публиковать наш рейтинг «Горячая научная дюжина событий» по версии сайта «Академгородок». Как обычно, мы не претендуем на то, чтобы в одном списке (из всего-то дюжины позиций) вместить всё по-настоящему значительное. Поэтому применяем еще один критерий – мы выбираем только из тех тем, что были освещены на нашем ресурсе. Также напоминаем, что порядковые номера в рейтинге сами по себе не играют роли: и первый, и последний пункты с точки зрения редакции одинаково важны.

1. Одним из самых известных проектов, связанных с Академгородком, остается ЦКП «Сибирский кольцевой источник фотонов» (СКИФ). Вот уже несколько лет новости, связанные с его строительством стабильно попадают в наш рейтинг. Не стал исключением и 2025-й год. Но, что важно, строительство вступило в завершающую фазу. «Работа инжекционного комплекса — линейного ускорителя и бустерного синхротрона – фактически налажена: достигнута стабильная циркуляция электронного пучка и проектная энергия 3 ГэВ. Теперь мы можем с уверенностью вести пусконаладку всех систем, обеспечивающих круглосуточную и круглогодичную работу накопителя», – рассказал журналистам в конце декабря директор ЦКП «СКИФ», заместитель директора Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН академик РАН Евгений Левичев.

2. Еще один «завсегдатай» новостей, связанных с научной инфраструктурой – новый кампус Новосибирского государственного университета, чье строительство также близится к завершению. Важной вехой этого года стала сдача в эксплуатацию Корпуса поточных аудиторий (одного из ключевых объектов второй очереди строительства). В церемонии открытия приняли участие Заместитель Председателя Правительства России Дмитрий Чернышенко, Первый Заместитель Председателя Государственной Думы Александр Жуков, Губернатор Новосибирской области Андрей Травников и ректор НГУ академик РАН Михаил Федорук. А о том, как это происходило рассказывалось в публикации на нашем сайте.

3. В этом году исполнилось десять лет образованию Федерального исследовательского центра Институт цитологии и генетики СО РАН. ИЦиГ СО РАН стал первым ФИЦ, организованным в восточной части страны. Впоследствии было образовано еще немало подобных исследовательских центров, в ряде случаев подходы к их созданию вызывали критику со стороны научного сообщества. Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики СО РАН, напротив, стал одним из удачных примеров подобной реорганизации. Одна из главных причин – в состав нового центра вошли институты, которые и до того имели положительный опыт сотрудничества в рамках различных научно-исследовательских проектов. Ну а мы посвятили «юбиляру» не одну публикацию, а целый цикл, если вы его еще не видели, обязательно ознакомьтесь, там немало интересного.

4. Что за рейтинг без открытий. Их было много – сибирские ученые работали весь год, не покладая рук. Все их открытия достойны внимания и уважения, но рейтинг имеет свои границы, поэтому в качестве примера возьмем одно. Сотрудники Института автоматики и электрометрии СО РАН совместно с коллегами из Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН создали инструмент для быстрого численного моделирования распространения волны цунами — сопроцессор для персонального компьютера, по производительности сопоставимый с суперкомпьютерными вычислениями. Технология поможет в течение нескольких минут после землетрясения получать оценку ожидаемого распределения высоты волны вдоль побережья.

5. Из многих открытий со временем вырастают новые технологии. Например, в технологии создания новых сортов зерновых. Зимой этого года в Государственный реестр селекционных достижений был включен сорт яровой мягкой пшеницы Сигма 5, выведенный омскими селекционерами на основе гомозиготной ДГ-линии (гаплоида с удвоенным числом хромосом), созданной сотрудниками лаборатории хромосомной инженерии злаков Института цитологии и генетики СО РАН. Он стал первым сортом пшеницы в России, созданным по этой технологии, но, очевидно, не последним – ведь использование ДГ-линий позволяет сократить срок селекции вдвое, что значительно снижает себестоимость их создания.

6. А Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) и Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) разработали технологические приемы сверхскоростного синтеза высокоэнтропийной керамики с применением пучка быстрых электронов. Специалистам удалось получить материал на основе оксидной керамики с уникальными прочностными и теплозащитными свойствами. Области применения такой керамики разнообразны –  от электроники и ядерной физики до катализа и биомедицины.

7. Как и в прежние годы, многие научные новости касались поиска новых эффективных средств лечения рака. На нашем ресурсе был целый ряд публикаций, посвященный этой теме. Так, ученые Томского политехнического университета, работая в сотрудничестве с другими исследователями, впервые пришли к выводу о том, как наночастицы серебра могут влиять на восприимчивость раковых клеток к воздействию нейтронного излучения. А их коллеги из НГПУ предложили на роль онкопротектора сульфорафан, входящий в состав брокколи, цветной капусты, кольраби. Тем временем технология бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ), над которой давно работают ученые ИЯФ СО РАН в этом году вышла на стадию подготовки к клиническим испытаниям на базе знаменитого московского Онкоцентра им. Блохина. В течение года был проведен огромнный объем подготовительной работы (включая перестройку одного из корпусов онкоцентра и подготовку медицинского персонала к работе с новым классом оборудования). И уже в следующем году ученые рассчитывают перейти непосредственно к клиническим испытаниям.

8. Уходящий год был богат на юбилейные даты. Исполнилось 125 лет со дня рождения одного из основателей Академгородка Михаила Алексеевича Лаврентьева и к этой дате был выпущен документальный фильм о великом ученом, подготовлено несколько выставок и ряд других памятных мероприятий. Также в этом году отмечали 100-летие со дня рождения другого выдающегося ученого, математика и последнего президента Академии наук СССР Гурия Ивановича Марчука, которому посвятили ряд публичных мероприятий, выставок и заложили памятник возле Вычислительного Центра СО РАН, который тоже является частью научного наследия Марчука.

9. Ученых Академгородка волнуют не только земные дела, немало полезного они делают для развития отечественной космонавтики. В НГТУ разрабатывается силовая электроника, в частности, энергопреобразующая аппаратура для космических аппаратов. Конструкторско-Технологический институт научного приборостроения (КТИ НП) СО РАН участвует в постройке космической обсерватории миллиметрового и инфракрасного диапазонов длин волн «Миллиметрон». А НГУ добился немалых успехов в конструировании малых космических аппаратов и стал головной организацией в одной из ключевых программ по спутникам от Роскосмоса.

10. Еще одно направление, которому ученые Академгородка уделяют повышенное внимание – это искусственный интеллект. Многие проекты в этой области так или иначе связаны с Центром искусственного интеллекта НГУ. Его сотрудники участвуют в «цифровизации» новосибирского метро, коммунальной инфраструктуры Кольцово и Советского района. А одной из самых интересных разработок этого года стал цифровой помощник врача «Доктор Пирогов» – система поддержки клинических решений, основанной на сочетании нейронных и смысловых сетей, которую создала команда разработчиков ИЦиГ СО РАН (под руководством Владимира Иванисенко) совместно с коллегами того самого ЦИИ НГУ.

11. В течение года в Академгородке проходили десятки научных конференций. Многие из них заслуживают упоминания в нашем рейтинге, но к сожалению, его объем ограничен. Поэтому упомянем только несколько мероприятий. Летом в здании Академпарка прошла крупнейшая в России конференция по генетике и селекции растений, на которой было озвучено большое количество научных результатов. Осенью в НГУ в третий раз состоялся крупнейший в Сибири форум, посвященный сотрудничеству науки и промышленности «Золотая Долина». А одной из последних конференций уходящего года стала «Физика ультрахолодных атомов» в Институте полупроводников СО РАН, где обсуждались актуальные проблемы и новейшие достижения российских ученых в области квантовой физики и основанных на ней технологий.

12. Завершим наш рейтинг новостями из мира книг. Ежегодно ученые Академгородка выпускают много научных монографий, многие из которых на протяжении многих лет изучаются и цитируются их коллегами. Несколько меньше выходит книг, понятных и интересных широкому кругу читателей. Два таких издания мы и включили в нашу «Горячую научную дюжину». Издательство «Просвещение» в серии «Молодые учёные школе» выпустило пособие для углубленного изучения биологии в 7-9 классах «Жизнь в свете эволюции». Авторы книги – коллектив ученых из институтов Академгородка, а также преподавателей НГУ и СУНЦ НГУ. Редакторами выступили д.б.н., главный научный сотрудник Института цитологии и генетики СО РАН, профессор Павел Бородин и специалист лаборатории экологического воспитания ИЦиГ СО РАН (а также преподаватель СУНЦ НГУ и Малой ФМШ) Федор Абрашитов. Учебное пособие адресовано учащимся, интересующимися вопросами биологии или занимающимся по углублённой программе. Сначала авторы объясняют механизмы эволюции и то, как учёные её изучают. А потом рассказывают, почему и как возникли самые разные биологические вещи.

А Институт истории СО РАН представил в конце года коллективную монографию «Великая Отечественная война. Наука и Победа». Книга очерков рассказывает о деятельности ученых в годы Великой Отечественной войны, о послевоенной судьбе переживших войну. Будущие академики, доктора и кандидаты наук сражались на передовой, ходили за линию фронта, служили переводчиками и пропагандистами, спасали раненых – делали все возможное для приближения нашей Победы. Работа в тылу была нацелена на укрепление обороноспособности страны: ученые напряженно трудились над улучшением характеристик боевой техники – танков, орудий, боеприпасов, открывали новые месторождения стратегического сырья, изобретали более совершенные технологии добычи полезных ископаемых. Об этом и многом другом и рассказывается в книге, которая содержит много ранее неопубликованных данных из архивов, включая семейные.

Пособие для углубленного изучения биологии в 7-9 классах «Жизнь в свете эволюции» выпустило издательство «Просвещение». Авторы книги – коллектив ученых из институтов Академгородка, а также преподавателей НГУ и СУНЦ НГУ. Редакторами выступили д.б.н., главный научный сотрудник Института цитологии и генетики СО РАН, профессор Павел Бородин и специалист лаборатории экологического воспитания ИЦиГ СО РАН (а также преподаватель СУНЦ НГУ и Малой ФМШ) Федор Абрашитов.

Учебное пособие вышло в серии «Молодые учёные школе». Оно адресовано учащимся, интересующимися вопросами биологии или занимающимся по углублённой программе. Сначала авторы объясняют механизмы эволюции и то, как учёные её изучают. А потом рассказывают, почему и как возникли самые разные биологические вещи. Шея жирафа, полоски зебры, необходимость вакцин, эволюционный успех цветковых растений, причины старения, ошибки нашего мышления – вот лишь небольшая часть затронутых тем.

— С точки зрения биолога школьный курс биологии выстроен странно. Дети начинают с заучивания множества бесполезных для них фактов, причём причины их появления никак не объясняются. В итоге все помнят, что «было что-то про пестики и тычинки», но системы знаний у большинства не возникает. А эволюционную теорию, логично объясняющую все биологические явления, проходят только в 11 классе. Цель нашего пособия в том, чтобы восстановить правильный подход к пониманию биологии, — рассказал Федор Абрашитов.

По словам Фёдора, такой подход в преподавании он использует давно. Более того, он считает, что суть процесса эволюции вполне способны понять даже ученики начальных классов – конечно, если объяснять доступным языком и приводить хорошие примеры. В этом он и видел свою задачу как редактора данного пособия. «Учёному обычно сложно изложить мысли и концепции простым языком. У меня в авторском коллективе была как раз роль человека не от науки, а от образования, многое переписывал, адаптируя для детей».

Также авторы подготовили разнообразные творческие вопросы и задания исследовательского характера. В основном это обучающие игры для групп детей, оборудование для которых можно сделать из подручных материалов. Есть и задания на работу с программами, моделирующими работу биологических систем. В руках учителя такие задания могут помочь разнообразить уроки и углубить понимание материала.

Пособие изначально создавалось как факультативное, то есть его использование в учебной программе остается на усмотрении самой школы. В настоящее время учебное пособие представлено издательством на интернет-ресурсах основных массмаркетов («Озон», «Вайлдберрис»).

Ученые из Института геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН (Новосибирск), Института геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН (Иркутск) и Минералогического музея им. А.Е. Ферсмана РАН (Москва) представили веб-приложение ArDI (Advanced spectRa Deconvolution Instrument), с набором инструментов, который кардинально упрощает идентификацию микрокристаллов минералов во флюидных и расплавных включениях. Приложение анализирует спектр, полученный с помощью широко используемого метода спектроскопии комбинационного рассеяния света (КРС), позволяющего идентифицировать структуру и состав вещества без разрушения образца. Для расшифровки сложных по составу включений в приложение ArDI были интегрированы нейросетевые технологии, методы индексного поиска Faiss и алгоритмы разделения сложного исходного спектра КРС на составляющие его компоненты. Благодаря использованию сразу нескольких инструментов, ArDI существенно упрощает процесс идентификации минералов размером от первых до нескольких десятков микрон, даже если они скрыты внутри других кристаллов, газов или жидкостей. Новейшей разработке российских ученых посвящена статья в одном из ведущих мировых научных изданий Journal of Raman Spectroscopy.

Что из себя представляют включения в минералах?

Все горные породы состоят из минералов. Их быстрая и надежная диагностика является важной задачей практической работы геологов. Каждый минерал – это фиксированный набор атомов химических элементов, сложенных в строго определенном геометрическом порядке, называемом кристаллической структурой. Даже результаты макроскопической диагностики позволяют ученому с уверенностью рассуждать о том, каким было первоначальное вещество, из которого образовывалось сообщество, или как говорят геологи – ассоциация минералов, на каких глубинах и при каких температурах это происходило.

«Когда минерал крупный, осязаемый, его можно определить, просто научившись отличать его от других. Многие макроскопические качества, например, цвет черты, блеск, позволяют большинство минералов определить прямо на глаз» – объясняет Сергей Захарович Смирнов, доктор геолого-минералогических наук, заместитель директора по научной работе ИГМ СО РАН. – «Но мы работаем с более мелкими размерами, где уже методы макродиагностики применить невозможно».

Флюидные и расплавные включения представляют собой микроскопические капельки и пузырьки в минерале-хозяине. Эти включения содержат газы, жидкости и продукты их затвердевания, в которых могут присутствовать кристаллики разных минералов, размером в сотые и тысячные доли миллиметра. Включения представляют собой маленькие "капсулы времени", способные миллионы лет хранить в законсервированном состоянии флюиды (высокотемпературные плотные газы) и расплавы, захваченные минералом в процессе его роста. На основе анализа включений становится возможным определять: как формировались руды, как эволюционировала магма, а на основании этого прогнозировать, где могут быть скрыты новые месторождения меди, свинца, лития, золота и других важных для страны металлов.

Методы геохимического анализа и спектроскопия КРС

Определение структуры и состава таких мельчайших объектов представляет собой серьезную проблему. Для ее решения ученому нужен очень точный и деликатный инструмент. Существуют различные методы геохимического анализа, но большинство из них не подходят для исследования одиночных редких микроскопических зерен минералов, которые еще и находятся внутри других минералов. Распространенные методы или требуют разрушения всего образца для извлечения включения, или уничтожают его в процессе анализа, или в принципе не в состоянии хорошо работать с объектами очень малых размеров.

Спектроскопия КРС – аналитический метод, основанный на взаимодействии когерентного монохроматического света с электронными оболочками химически связанных атомов, составляющих исследуемый объект, в нашем случае минерал. В результате, часть света, проходя через изучаемый минерал, изменяет свои частотные характеристики. Эти изменения регистрируются, и исследователь получает распределенный по длинам волн «рисунок» сигналов – спектр взаимодействовавшего с веществом света. Распределение сигналов по длинам волн и взаимные соотношения их интенсивностей являются уникальными для конкретных атомов в конкретном структурном состоянии и позволяют с высокой степенью достоверности идентифицировать сам минерал.

Ключевым преимуществом метода является то, что разрушение исследуемого вещества не требуется, а использование микроскопов в конструкции новейших спектрометров позволяет сфокусировать световой пучок в объеме в несколько десятков кубических микрометров. Современные приборы даже из таких крохотных объемов извлекают высококачественные данные.

Тем не менее такой анализ осложняется рядом факторов. Во-первых, спектры минералов во включениях и вмещающего их кристалла (минерала-хозяина) накладываются. Ученому необходимо правильно распознать наложения и «разъединить» их. Во-вторых, «рисунок» спектров КРС может зависеть от ориентации кристалла и индивидуальных особенностей состава и структуры каждого из минералов. Следовательно, вариантов «рисунка» одного и того же минерала может быть несколько, что еще больше усугубляет первую проблему. В-третьих, в процессе получения полезного сигнала всегда будет присутствовать шум и артефакты, искажающие сигнал, которые также необходимо учитывать.

Кроме этого, для точной идентификации нужно иметь образец спектра, с которым можно сравнить изучаемый объект. Поэтому исследователи во всем мире создают базы эталонных спектров разных минералов.

На выполнение работы по расшифровке спектра исследователь может потратить несколько дней и более. В случае, если спектр сложный и расшифровать его достоверно не получается, ученый вынужден делать дополнительные анализы объекта исследования другими методами.

«В свое время, работая с включениями, мы с коллегами из ИГХ СО РАН открыли совершенно необычный тип водных растворов флюидных включений в минералах. Всегда считалось, что растворы, которые заключены в минералах, имеют хлоридный состав. Это понятно, если у нас океаны содержат соль, то очевидно, что и эндогенные флюиды [высокотемпературные плотные газы, которые находятся в недрах Земли – прим.ред.] тоже должны ее содержать в растворенном состоянии. Но когда мы исследовали включения в пегматитах [горные породы, образованные насыщенной летучими веществами магмой в толще земной коры, которые отличаются специфической структурой с крупными и иногда гигантскими размерами слагающих их кристаллов, и обогащены редкими минералами – прим.ред.], мы обнаружили, что там хлора может не быть совсем, зато очень много бора. Благодаря применению спектроскопии КРС для исследования микровключений в минералах, мы нашли в них мельчайшие кристаллики ортоборной кислоты – сассолина, и открыли совершенно иной геохимический тип флюидов. Это открытие – предмет гордости нашего Института и моей личной», – рассказывает Сергей Захарович. – «Но в тот период мы очень много времени потратили на распознавание спектров, рассчитывали все и сравнивали вручную. Недавно в журнале Journal of Raman Spectroscopy вышла статья, в которой мы показали, как приложение за несколько минут справляется с той же задачей, которую мы решали на протяжении месяцев. При этом ArDI демонстрирует результат очень высокой степени достоверности».

ArDI – инструмент для решения рутинных задач

Приложение ArDI создано для автоматизации рутинных задач профессионального минералога. Выделить в спектре пиковые значения отдельных минеральных фаз и разложить спектр на простые компоненты позволяет алгоритм фазового анализа (RPA). Для быстрого поиска соответствий по базам данных разработчики внедрили в систему индексного поиска Faiss – самую распространенную на сегодняшний день библиотеку алгоритмов, позволяющих преобразовывать какие-либо данные в числовой формат и осуществлять их группировку по заданным параметрам. Для распознавания сложных спектров исследователи интегрировали в систему нейросетевые технологии и применили методы машинного обучения (искусственный интеллект). Гибридная система распознавания позволяет достигать точности в идентификации минералов до 96,3%.

Онлайн-платформа (https://ardi.fmm.ru) бесплатная и использует для поиска несколько баз данных, включая всемирно известную RRUFF и ROD. Собственная база ArDI, в которой все загружаемые спектры прошли тщательнейшую проверку на качество, уже содержит порядка 3800 эталонных спектров более 1000 природных и искусственных веществ.

Авторы идеи создания приложения и его первые разработчики – Роман Юрьевич Шендрик (ИГХ СО РАН), Сергей Захарович Смирнов (ИГМ СО РАН) и Павел Юрьевич Плечов (Минералогический Музей им. А. Е. Ферсмана РАН).

«Когда задумали ArDI, у нас была первая мысль – создать базу данных, которая будет существенно отличаться от имеющихся. Даже самая распространенная база рамановских спектров RRUFF на сегодняшний день содержит далеко не все спектры и в ряде случаев не удовлетворяет нас по качеству. Роман Юрьевич Шендрик проводит очень тщательный отбор загружаемых в базу ArDI эталонных образцов. В частности, при загрузке спектра требуется внести информацию про исследованный минерал. Откуда он, где в данный момент находится изученный образец, у кого. Если по минералу есть информация о составе, она должна быть загружена. Если по нему есть публикация – требуется приложить копию статьи», – комментирует Сергей Захарович.

Разработка российских ученых позволит сократить расходы на сложные анализы, ускорить время, необходимое для идентификации минералов в сложных ассоциациях с нескольких месяцев работы до нескольких минут. Также приложение может быть потенциально полезным для исследований вещества на поверхности планет земной группы, каменных спутников газовых гигантов в Солнечной системе, а также астероидов и комет. Приборы, осуществляющие анализ методом рамановской спектроскопии, отличаются компактностью и ими можно оснащать космические аппараты. В свою очередь приложение ArDI способно с высокой точностью быстро расшифровывать полученные спектры.

С момента появления первой информации о запуске проекта ArDI в журнале «Новые данные о минералах» в 2024 году ArDI воспользовались уже более 3000 человек. Зарегистрированными пользователями приложения стали ученые из более чем 20 организаций. Сюда входят ведущие академические институты, вузы и представители индустриального сектора экономики России, университеты и компании различных зарубежных стран на всех континентах. ArDI зарегистрировано в реестре отечественного программного обеспечения.

В настоящее время пополнение базы данных обеспечивается в основном данными, полученными разработчиками в своих научных исследованиях, а также за счет спектров минералов из коллекций Минералогического музея им. А.Е. Ферсмана РАН, насчитывающей более 4000 минеральных видов, и Центрального Сибирского геологического музея ИГМ СО РАН, содержащей около 1600 минеральных видов. Ученые приглашают к сотрудничеству специалистов, для дальнейшего пополнения базы эталонных спектров. Сегодня в работу включились отечественные и зарубежные научные организации, ведущие исследования в области наук о Земле. По количеству эталонных спектров в базе данных (более 3800) ArDI опережает все подобные разработки в мире, кроме RRUFF, при этом база содержит спектры 900 минералов, из которых 850 в RRUFF отсутствуют.

Приложение ArDI уже доказало свою эффективность в распознавании сложных ассоциаций микроминералов и продолжает развиваться. Команда разработчиков планирует дальше расширять базу данных, добавлять новые алгоритмы обработки спектральной информации для решения прикладных минералогических задач, расширять возможности интеграции и совместного использования данных, полученных другими аналитическими методами.

Сергей Исаев