Институты РАН готовят предложения по отправке ученых на МКС. Об этом в пятницу сообщил глава РАН Александр Сергеев, сообщает ТАСС.

“Сейчас несколько наших институтов формулируют свои предложения в “Роскосмос”, чтобы программу организовать. <…> Это было совместное предложение, <…> чтобы направлять туда [на МКС] профессиональных ученых, которые могли бы там эффективно проводить эксперименты”, – сказал Сергеев во время поездки в Екатеринбург.

На модуле “Наука”, по мнению Сергеева, можно проводить эксперименты, к примеру, в области физики или сельского хозяйства.

Идея не нова, отметил директор астрономической обсерватории Иркутского госуниверситета  Сергей Язев. Еще в советские времена предлагалось создать группу космонавтов из представителей РАН. Однако на позже стало понятно, что места на МКС, так же как и научного оборудования, мало. Поэтому проще научить космонавта работать с исследовательскими приборами, чем подготовить ученого к дальнему полету, обучив его управлению станцией и адекватному поведению в случае нештатных ситуаций.

Однако сейчас ситуация другая. С введением модуля “Наука” увеличились рабочие места на орбитальной станции, а также появились интересные приборы.

“Теперь есть что делать ученому, – считает Язев. – В модуле есть много рабочих мест и интересные приборы. После полета «киноэкипажа» получен опыт быстрой подготовки полета профессионала, который может не уметь управлять кораблем и станцией, но может гораздо лучше космонавта выполнить сложный эксперимент на специальном бортовом оборудовании в течение экспедиции посещения – за десять-двенадцать дней. Я думаю, именно это имеется в виду”.

Язев считает, что первыми в космос отправятся физики и биологи.

Елена Краснова

Издание Daily Mail сообщило и весьма необычной инновационной разработке, якобы способной решить проблему глобального потепления. Профессор инженерии Клаус Лакнер (Klaus Lackner) из университета штата Аризона предложил весьма оригинальный способ борьбы с избыточным углекислым газом, разработав «железную» альтернативу деревьям (главным поглотителям СО2 на планете).

Разумеется, слово «дерево» мы применяем к такой конструкции весьма условно. На самом деле речь идет о высоких колоннах, состоящих из металлических дисков-поглотителей, уложенных вертикально подобно стопке виниловых пластинок.  Каждый диск имеет примерно полтора метра в диаметре. Расстояние между ними – около пяти сантиметров. Диски покрыты специальной химической смолой, которая улавливает углекислый газ из воздуха, когда тот обтекает поверхность. Время от времени накопившийся углекислый газ извлекается и помещается на хранение в закрытую среду. То есть, если в настоящих деревьях углерод постепенно накапливается в древесине, то здесь он требует специальных хранилищ. Кроме того, кислород из углекислого газа здесь не выделяется (как это происходит в растениях). Тем не менее, если верить разработчику, механические деревья в качестве поглотителей СО2 в тысячи раз (!) более эффективны, чем деревья натуральные.

Впрочем, надо понимать, что консервацией углекислого газа дело не ограничивается. В некоторых проектах рассматриваются варианты его повторного использования. Например, углекислый газ может быть основой для производства синтетического топлива – бензина, дизельного топлива или керосина. Его можно использовать непосредственно (для работы транспортных средств, для выработки тепла или электроэнергии) или смешивать с «зеленым» водородом. Такое топливо легко транспортировать по трубопроводам или заполнять им хранилища. Храниться же оно может вечно. Благодаря всему этому мы заметно снизим спрос на нефть и газ.

Таким образом, механические деревья не обязательно увязывать исключительно с решением климатических задач. Они могут выступать не только как поглотители СО2, предотвращающие глобальное потепление. С утилитарной точки зрения они в состоянии выступать и как предприятия по производству углекислого газа, используемого в качестве сырья для химической промышленности.

Важно отметить, что данная разработка находится в состоянии практической реализации (то есть речь не идет о какой-то красивой идее, как это часто происходит у нас). Как сказано в публикации, профессор Лакнер собирается создать три больших «фермы» механических деревьев, используя государственную поддержку. Первая такая «ферма» должна открыться в Аризоне в конце этого года. Для нее выделен грант Министерства энергетики в размере 2,5 миллиона долларов. Данные объекты проектируются Центром по отрицательным выбросам углерода (Center for Negative Carbon Emissions).

Коммерциализацию проекта осуществляет компания Carbon Collect, основанная в Дублине. После того, как все три «фермы» будут введены в эксплуатацию, они смогут поглощать до тысячи тонн углекислого газа в день. Такие объемы, подчеркивается в публикации, сами по себе являются важным шагом в стабилизации глобального углеродного баланса.

Возможно, ставка на механические деревья покажется смелой футуристической фантазией, плохо согласующейся с современным экологическим движением. Не исключено, что подобные проекты вызовут неприятие даже у самых решительных борцов за экологию. Как ни крути, но по своей идеологии они далеки от современного мейнстрима, когда по главу угла принято ставить естественные процессы и апеллировать к живой природе. Однако, по мнению ученых, выступающих за указанный вариант удаления углекислого газа из атмосферы, есть достаточно резонные аргументы в пользу этой позиции. Они ссылаются на то, что углекислый газ сейчас поступает в атмосферу настолько быстро и в таких количествах, что его уже не смогут поглотить в нужных объемах естественные источники, такие, как деревья. Согласно расчетам, даже если сейчас человечество полностью откажется от сжигания ископаемого топлива, полностью прекратит выбросы СО2, этого будет совсем недостаточно для стабилизации климата. Иными словами, одним лишь энергетическим переходом ограничиться невозможно (то есть максимальным сокращением выбросов). Ученые ставят вопрос о необходимости осуществлять планомерное удаление углекислого газа прямо из воздуха. С технической точки зрения это достаточно сложная проблема, поскольку здесь появляется необходимость хранения больших объемов СО2 (а не просто повторного его использования в хозяйственных целях).

По этой причине Министерство энергетики США поставило цель увеличить масштабы прямого улавливания углекислого газа из воздуха, используя химические методы. Впрочем, нельзя сказать, что данная мера вызвала воодушевление среди эко-активистов. Некоторые защитники окружающей среды усматривают в нем предлог для продолжения использования ископаемого топлива. Тем не менее, профессор Лакнер, являясь пионером в области технологий прямого улавливания, четко связывает свою разработку с задачами предотвращения глобального потепления, солидаризуясь в этом случае с позицией МГЭИК.

Конечно, улавливатели СО2 можно применить прямо на энергетических объектах и на предприятиях. Однако на них приходится только половина от всех выбросов. Весомая доля приходится на автомобили, самолеты, а также на системы отопления и горячего водоснабжения, используемые в нашем быту. По словам ученых, не имеет принципиального значения, в каком конкретном месте находятся установки для улавливания, поскольку углекислый газ быстро «растворяется» в атмосфере. Поэтому такие устройства можно устанавливать где угодно. При этом они должны потреблять минимальное количество энергии для своей работы. Разработанные Лакнером механические деревья вполне удовлетворяют указанным критериям, заявляют авторы публикации.

Николай Нестеров

Красноярские ученые обнаружили, что недостаток поглощаемой влаги у хвойных деревьев, растущих в условиях многолетней мерзлоты, приводит к нарушениям строения годичных колец и клеток древесины. Это вызывает усыхание верхушек кроны деревьев. С 80-х годов прошлого века, с началом интенсивного потепления и возрастания засушливости климата, произошли изменения в строении годичных колец и клеток древесины, и это заметно снизило их способность транспортировать воду и растворенные вещества от корней к кроне. Результаты исследования опубликованы в журнале Contemporary Problems of Ecology.

В северо-таежных районах часто встречаются хвойные деревья с засохшими верхушками. Одной из возможных причин их появления считается водный дефицит, который деревья могут испытывать в специфических условиях многолетней мерзлоты.

Исследователи ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» обнаружили, что дефицит поглощенной воды из сезонно-талого слоя почвы влияет на клеточное строение годичных колец деревьев и строение самих древесных клеток — трахеид. Это способствует засыханию верхушек кроны у хвойных деревьев. Ученые также установили связь между приростом годичных колец на разных высотах ствола и климатическими факторами.

Наибольшее влияние температуры воздуха на прирост колец у здоровых и поврежденных деревьев наблюдается во время интенсивного роста, с конца мая до двадцатых чисел июня. При этом чувствительность к температуре воздуха и количеству осадков у деревьев с засохшей кроной выше, чем у здоровых. Однако основные различия между суховершинными и здоровыми деревьями проявляются не столько во влиянии разных погодных условий на скорости роста их годичных колец, сколько в строении древесины под верхушками.

Ученые сравнили ширину годичных колец и анатомическое строение древесины у здоровых деревьев лиственницы Гмелина и соседних деревьев того же вида с усохшими верхушками крон, которые растут в одном древостое в бассейне реки Нижняя Тунгуска. Выяснилось, что годичные кольца у здоровых деревьев на всех уровнях высоты ствола заметно шире, чем у поврежденных деревьев. С 1980-х годов, то есть с начала интенсивного потепления климата и возрастания засушливости в исследуемом районе, в верхней части стволов деревьев под усохшей верхушкой заметно изменились размеры клеток, через которые вода и растворенные вещества транспортируются от корней к кроне. Толщина их стенок уменьшилась примерно в два раза по сравнению со здоровыми деревьями. Существенно уменьшился также и размер клеточных просветов, что снизило их способность пропускать воду и питательные вещества.

«Наши данные свидетельствует о ярко выраженной реакции деревьев на влияние климатических факторов. В целом поврежденные деревья более чувствительны к погодным условиям, чем здоровые. Отмеченные особенности могут быть обусловлены недостаточным водоснабжением верхних частей стволов деревьев. Это приводит к замедленному радиальному росту и слабой интенсивности деления клеток весной. В результате образуются относительно узкие годичные кольца, состоящие из небольшого числа клеток со сниженной способностью транспортировать воду. Это усугубляет дефицит влаги, поступающей к кроне, и приводит к усыханию дерева», — объяснил Дмитрий Машуков, младший научный сотрудник Института леса им. В.Н. Сукачева ФИЦ КНЦ СО РАН.

Исследование проводилось при поддержке проектов Российского фонда фундаментальных исследований, Российского научного фонда и Гранта Правительства Российской Федерации.

Сибирское отделение Российской академии наук и «Норникель» на совместной пресс-конференции 11 февраля анонсировали расширение сотрудничества в сфере экологии. Многие исследования будут проводится впервые.

Двумя годами ранее РАН и «Норникель» уже проводили Большую норильскую экспедицию – крупнейшее в постсоветской истории комплексное исследование биосферы Таймыра с целью оценить масштабы изменений за последние годы и выработать рекомендации по наилучшим природосберегающим решениям для деятельности в регионе. Новые проект продолжит исследования в этой области на еще более масштабном уровне. «Мы значительно расширили территорию, которая будет обследована – это Норильский промышленный регион, Кольский полуостров, районы Забайкальского края и участок Северного морского пути от Мурманска до Диксона», – рассказал в ходе пресс-конференции на площадке ТАСС вице-президент ПАО «ГМК «Норильский никель» Станислав Селезнев.

Главная задача проекта – изучение состояния биоразнообразия.

«Биоразнообразие лежит в основе экологии, чем оно выше, тем стабильнее экосистема. Мы проведем базовые исследования в этой области, с целью не только дать объективную оценку текущей ситуации, но и выявить критерии воздействия на экосистему, индикаторы ее состояния и в итоге – разработать набор рекомендаций для разрабатываемой совместно с «Норникелем» программы по сохранению биоразнообразия», – пояснил руководитель проекта, директор Института систематики и экологии животных СО РАН Виктор Глупов.

Он также отметил, что важно разделить антропогенное воздействие и природные особенности этих территорий: предприятия располагаются в районах месторождений, одним из свойств которых является повышенный уровень содержания тяжелых металлов в окружающей среде, и это обстоятельство тоже надо учитывать.

На протяжении зимнего (март-апрель) и летнего сезонов 2022 года в указанных регионах будут работать более десятка экспедиционных отрядов, укомплектованных самыми разными специалистами – зоологами, ботаниками, гидрологами, почвоведами и т.д. Такой комплексный подход ранее  не применялся на территориях восточнее Урала, и по итогам проекта ученые ожидают большое количество интересных открытий, как научных, так и прикладного характера.

Ученые планируют создать на самом большом острове Байкала Ольхон карбоновый полигон для исследования парниковых газов и вызываемых ими экологических проблем. Об этом в среду сообщил журналистам директор Сибирского института физиологии и биохимии растений (СИФИБР, Иркутск) Сибирского отделения РАН Виктор Воронин.

"В этом году будет подана заявка [в Минобрнауки РФ]. Вполне возможно, что в этом году она будет одобрена. Есть большой шанс, что к концу года мы можем выйти на проектирование. Мое предложение - Ольхон взять как модельную территорию [для создания полигона]", - сказал Воронин.

Директор Иркутского филиала Сибирского отделения РАН Игорь Бычков уточнил, что Ольхон - подходящее место для размещения карбонового полигона, в частности, благодаря разнообразию лесов, а лес - главный поглотитель СО2 и производитель кислорода.

Первый в РФ карбоновый полигон был открыт в Калужской области в сентябре 2020 года. Сейчас создается сеть полигонов по стране для разработки и испытаний технологий контроля углеродного баланса. В число пилотных регионов вошли Чеченская Республика, Краснодарский край, Калининградская, Новосибирская, Сахалинская, Свердловская и Тюменская области. Ученые в Иркутске считают, что такой объект должен быть и на Байкале.

"Минобрнауки создает ряд карбоновых полигонов по стране. Цель их следующая: отработать единую методику учета СО2 и состыковать ее с мировыми практиками, чтобы считали все одинаково. <…> Иркутской области необходимо сработать на упреждение, заложить свой полигон. Потому что разные территории, разные водные акватории поглощают все по-разному, и то, что измерено в Калужской области, совсем не актуально для Сибири. Надо иметь опорные точки по всей территории страны и затем сводить всю информацию воедино", - считает Воронин.

Он пояснил, что на создание карбоновых полигонов выделяется федеральное финансирование, однако в проект также необходимо привлечь частные инвестиции. "Я думаю, у нас можно найти этот бизнес, заинтересованность должна быть взаимная, потому что у предпринимателей возникает финансовый интерес. В ближайшие годы все предприятия должны показывать углеродную нейтральность своей продукции. Если не будут показывать, то будут платить крупный штраф", - отметил ученый.

Проблема леса

Одна из экологических проблем, которая может быть изучена на карбоновом полигоне в Иркутской области, связана с тем, что леса в последние годы стали меньше поглощать СО2 и больше - кислорода. Это явление ученые из Сибири впервые заметили в 2003 году.

Как рассказал Воронин, проблема связана с изменениями климата - зимы в Сибири стали теплее, часто наблюдаются зимние оттепели, летние температуры тоже выросли. Но несмотря на это, леса Байкала пока способны производить кислород в большом количестве.

"Мы завершили расчеты, сколько СО2 поглощают наши леса, включая Бурятию и Иркутскую область, то есть большую часть Байкальской природной территории, и сколько они выделяют кислорода. Мы серьезные доноры в этом смысле, так как поставляем очень большое количество кислорода. Есть даже такие расчеты: чтобы выдышать весь кислород, произведенный за один год, жителям Иркутской области надо 100 лет. Такое количество кислорода продуцируют наши леса", - сказал Воронин.

Карбоновые полигоны - территории, на которых с участием университетов и научных организаций проводятся исследования климатически активных газов. Они включают разработку и адаптацию технологий измерения надземной и подземной фитомассы, агрохимические исследования почв, измерение эмиссии и поглощения парниковых газов экосистемами, активное использование технологий дистанционного зондирования с помощью космических и беспилотных платформ, разработку и адаптацию математических моделей по расчету углеродного баланса экосистем на эталонных участках.

Некоторое время назад мы рассказывали о котлах эпохи раннего железа, которые высоко ценились и тогда, и сейчас (правда, уже не владельцами, а учеными). Но порой археологи находят старинные клады, содержащие не сами котлы, а ручки к ним. Подробнее о таких артефактах – в новом интервью с ведущим научным сотрудником Института археологии и этнографии СО РАН, д.и.н. Андреем Бородовским.

– Андрей Павлович, начнем все-таки с котлов. Напомните, они были ценностью сами по себе или их просто использовали как вместилище для других, более ценных предметов?

– В большинстве случаев, да. Но есть примеры находок нескольких котлов разного размера, вложенных друг в друга. Их тоже можно интерпретировать как клады. Также обнаруживались комплексы, которые включали в себя миниатюрные бронзовые котлы или обломки котлов как часть клада. Котлы археологи находят не только в составе кладов, но и по отдельности. Кроме того, случаются находки не котлов, а их отдельных частей.

–  О каких частях идет речь?

– Конструктивно такие котлы состояли из трех частей – поддона, тулова и ручек. Каждая из них формировалась отдельно, а перед отливкой они компоновались в одно изделие. Разрушение металлических котлов при их использовании, не важно - бытовом и ритуальном - чаще всего происходило именно на эти части. В результате, обломки ручек котлов из цветного металла составляют особую категорию таких находок. Они встречаются в составе поселенческих, погребальных, ритуальных, производственных комплексов, а также среди случайных находок от Обь-Иртышского междуречья до среднего Енисея.

– Какую информацию о прошлом можно извлечь из отломанной ручки котла?

– На самом деле археологи хорошо умеют извлекать достаточно большие объемы информации даже из самых маленьких, и на взгляд неспециалиста, незначительных находок. Например, с помощью несколько найденных зернотерок и остатков зубных камней их владельцев, обнаруженных в ходе раскопок поселений древних алтайских скотоводов (V в. до н. э. – V в. н. э.), ученые сумели установить состав растительной пищи, входившей в их рацион. Котлы и их ручки тоже могут рассказать многое и не только о технологиях работы с металлом, существовавших в то время, но и про обычаи их владельцев. Так, анализ мест обнаружения котлов как случайных находок (не в захоронениях и не на территории поселений) показал их связь с водоемами. Это подтвердило выдвинутую ранее гипотезу о том, что древние кочевники перед переходом на свои летники совершали у воды особый ритуал «оставления инвентаря» (котлов), а вернувшись осенью, использовали их снова. А был и другой обычай, подтвержденный находками в захоронениях скифо-сарматского времени – ритуальное разрушение котлов, обломки которых затем помещались в захоронение.

Интересную информацию может дать даже размер ручек. Некоторые из находок слишком малы, чтобы принадлежать котлам, в которых готовили пищу, возможно, они являются частью маленьких котлов, предназначенных для напитков.

Еще один важный момент – в большинстве случаев, если мы говорим о котлах и их частях, найденных в Западной Сибири (Барабинская и Мариинско-Ачинская лесостепи, долина Среднего Енисея), мы имеем дело с импортными изделиями. В этом плане показательной находкой является обломок стенки котла с ручкой из так называемого Первого Джиримского клада (найден в районе Среднего Енисея). На нем отчетливо виден рельефный знак, который, судя по всему, является китайским иероглифом «чуань», им обычно обозначают реки или глагол «варить», что согласуется с назначением котла. Интересно то, что этот знак не является фамильным клеймом какого-то мастера, клеймо указывает только на место производства. Иначе говоря, этот котел относился не к эксклюзивным товарам, а к категории, которую сегодня называют «ширпотребом». Хотя, повторю, для его обладателей он, вероятно, был достаточно ценным имуществом.

Сергей Исаев

Работа выполнена в рамках проекта НИР ИАЭТ СО РАН № 0329-2019-0007

Заместитель Председателя Правительства Дмитрий Чернышенко в режиме видеоконференции провёл первое в 2022 году заседание Комиссии по научно-технологическому развитию. Она была создана по указу Президента России Владимира Путина.

В заседании приняли участие руководители федеральных министерств и ведомств, представители Администрации Президента, научно-исследовательских институтов и фондов, госкорпораций и главы регионов страны.

«По поручению Президента была разработана и утверждена новая госпрограмма научно-технологического развития России. В ней впервые консолидированы все расходы федерального бюджета на научные исследования и разработки из 34 отраслевых госпрограмм. Ежегодный объём финансирования программы составил около 1,2 трлн рублей. Для её администрирования была сформирована новая архитектура управления, включающая Комиссию по научно-технологическому развитию. Комиссия будет координировать работу федеральных органов власти, Академии наук, госкорпораций, регионов, научных организаций и институтов развития для достижения главной цели – кооперации науки и бизнеса, сокращения пути от идеи до её реализации и обеспечения социально-экономического развития страны в целом», – рассказал Дмитрий Чернышенко.

На заседании был утверждён состав президиума комиссии под председательством вице-премьера Дмитрия Чернышенко.

В него вошли Министр науки и высшего образования Валерий Фальков, Министр транспорта Виталий Савельев, Министр экономического развития Максим Решетников, Министр здравоохранения Михаил Мурашко, руководитель ФМБА России Вероника Скворцова, руководитель Роспотребнадзора Анна Попова, начальник Управления Президента России по научно-образовательной политике Инна Биленкина, специальный представитель Президента по вопросам цифрового и технологического развития Дмитрий Песков, президент РАН Александр Сергеев, заместитель Министра финансов Михаил Котюков, заместитель Министра цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Максим Паршин, первый заместитель Министра промышленности и торговли Василий Осьмаков, заместитель Министра сельского хозяйства Максим Увайдов, генеральный директор Российского научного фонда Александр Хлунов, президент, председатель правления ПАО «Сбербанк России» Герман Греф, губернатор Московской области Андрей Воробьёв, губернатор Новосибирской области Андрей Травников, ректор Национального исследовательского Томского государственного университета Эдуард Галажинский, а также представители госкорпорации «Росатом» и Национального исследовательского центра «Курчатовский институт».

Дмитрий Чернышенко поручил сформировать на основе предложений членов комиссии план работы президиума на 2022 год.

В рамках повестки работы комиссии обсуждались вопросы разработки и реализации комплексных научно-технических программ (КНТП) полного инновационного цикла.

Вице-премьер отметил, что научно-технические программы полного инновационного цикла – важный механизм достижения результатов новой госпрограммы научно-технологического развития России.

«Уже есть ряд разработчиков, заинтересованных в реализации таких проектов. Для нас важно, чтобы весь процесс, начиная от создания продукта и заканчивая его запуском в производство и выводом на рынок, проходил бесшовно. Для этого внесены изменения в алгоритм разработки и реализации таких проектов. Они находятся на согласовании в профильных ведомствах. Прошу министерства представить свои предложения по трансформации отдельных структурных элементов новой госпрограммы в комплексные инструменты поддержки КНТП», – отметил Дмитрий Чернышенко. 

Фитофтороз (в народе – фитофтора) – очень распространенное, опасное заболевание садовых культур. Оно характеризуется быстрым распространением и высоким процентом гибели зараженных растений. Чаще всего фитофтороз поражает пасленовые культуры прежде всего, картофель и томаты, но способен также погубить урожай клубники или яблок.

Традиционным средством борьбы с фитофторозом являются специальные химические препараты-фунгициды. Однако они не отличаются высокой избирательностью, а применять их надо в достаточно больших количествах, чтобы паразит не успел развить к ним устойчивость. В результате, не только поражается грибок-патоген, но и наносится существенный ущерб окружающей среде: с дождем фунгициды могут попадать в почву и прилегающие водоемы. Поэтому создание фунгицидов нового типа, которые атаковали бы исключительно возбудителя заболевания – стало, как это принято говорить, общемировым трендом.

Один из путей решения этой задачи: создание фунгицида на основе интересного природного явления - РНК-интерференции. Именно этот подход лежит в основе исследовательского проекта сотрудников Института цитологии и генетики СО РАН, вошедшего в число победителей конкурса на гранты Президента РФ.

«Суть в том, что наш препарат будет направлен на выключение конкретного гена, который есть у фитофторы, но отсутствует у других организмов в окружающей среде. И потому фунгицид будет безвреден для всех, кроме своей изначальной цели», - рассказал сотрудник лаборатории генной инженерии ИЦиГ СО РАН Артемий Иванов.

Наличие таких фунгицидов собственного производства важно по ряду причин. Это и вопросы продовольственной безопасности, и достижение сжатых сроков поставки (бороться с вспышкой фитофтороза надо на самых ранних этапах) и, что немаловажно, обеспечение доступной цены на препарат (которая не будет включать в себя транспортные расходы и таможенные пошлины).

Исследования в данном направлении уже ведутся на протяжении некоторого времени в ИЦИГ, по их итогам были выбраны подходящие гены-мишени, опираясь на полученные результаты учеными и был подготовлен проект, поддержанный грантом. Теперь, по условиям финансирования, у них есть два года на то, чтобы не только завершить собственно исследовательскую часть, но и провести испытания препарата в полевых условиях.

Работа поддержана грантом Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых – кандидатов наук (МК-4311.2022.5).

Пресс-служба ИЦиГ СО РАН

Ученые из Института сильноточной электроники СО РАН (Томск) в кооперации с исследователями из Томского государственного университета, Всероссийского научно-исследовательского института автоматики им. Н. Л. Духова, Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН впервые в мире продемонстрировали алмазный лазер на NV-центрах при оптической накачке. Полученный результат имеет широкие перспективы для создания квантовых сенсоров и компьютеров, для развития квантовых вычислений и коммуникаций. Статья об этом была опубликована в журнале Nature Communications.

Для создания прибора необходим высококачественный синтетический алмаз. Драгоценный камень природного происхождения не подойдет: от такого алмаза нельзя добиться повторяемости свойств, необходимой для стабильной работы лазера. Поэтому нужен минерал искусственного происхождения, который подвергся радиационно-термической обработке, после чего в его кристаллической структуре образовался ряд центров окраски, стойких к лазерному излучению.

Первостепенное значение для квантовых технологий имеют так называемые NV-центры (один из центров окраски в алмазе). Как поясняет старший научный сотрудник группы углеродной электроники и фотоники ИСЭ СО РАН, доцент кафедры квантовой электроники и фотоники ТГУ кандидат физико-математических наук Евгений Игоревич Липатов, это такие дефекты структуры в алмазе, которые состоят из одного атома азота (N) и соседнего вакантного, не занятого атомом углерода узла решетки (V). Он-то и сможет в будущем стать кубитом — аналогом бита для квантового компьютера, с помощью которого будут выполняться алгоритмы квантовых вычислений.

Попытки добиться лазерного излучения от центров окраски в алмазах безуспешно велись несколько десятков лет, поэтому полученный результат стал настоящим прорывом. Усиленное нетепловое свечение вещества и генерация лазерного излучения достигнуты в синтетических алмазных образцах, которые содержат до 10 NV-центров и до 300 атомов азота на один миллион атомов углерода. Импульсное свечение алмазных кристаллов наносекундной длительности наблюдалось в красной области спектра при накачке лазерным излучением в зеленой и оранжевой областях спектра. Ученым удалось добиться энергии лазерного импульса до 48 микроджоулей при коэффициенте полезного действия до 1 % (таков в среднем КПД работы лазеров разного типа). Сейчас ведется процедура патентования изобретения.

В ИСЭ СО РАН прорабатывается вопрос об открытии нового подразделения — лаборатории углеродной электроники и фотоники. Уже сейчас имеется приличный задел: это команда молодых специалистов под руководством Е. Липатова, в которой задействованы и студенты базовой кафедры ТГУ. Начато также создание экспериментальной станции научного оборудования для полного цикла работы с алмазами, чтобы исключить зависимость от внешних поставщиков. Исследователям необходимо приобрести пресс стоимостью около 50 миллионов рублей — он применяется для производства алмазов, с его помощью создаются все требуемые для этого условия: высокие давление и температура.

Ученые основали стартап — ООО «Высокотехнологичные алмазные устройства». Директором инновационной компании стал Евгений Липатов. Он рассказал о том, что же планируется сделать: «Мы будем разрабатывать коммерчески востребованный на рынке продукт — алмазный лазер, способный генерировать излучение при протекании электрического тока. Говоря иными словами, устройство, способное работать от розетки. Планируется также развивать направление, связанное с созданием квантовых сенсоров магнитного поля».

По мнению ученого, одна из важнейших задач — это развитие тематики, связанной с применением лазерного излучения на центрах окраски в алмазе, для создания оптических и квантовых компьютеров.

«Квантовые вычисления имеют вероятностную природу и строятся по принципу многократного повторения одной и той же операции, — пояснил Е. Липатов. — Когда кубиты обладают разной структурой (содержат большое число атомов), это негативно сказывается на реализации квантового алгоритма, так как начинают накапливаться ошибки. Избежать этого можно, в том числе используя кубиты на основе NV-центров, состоящих из одного атома, что исключает возникновение погрешностей».

Специалист уверен, что развитие углеродной электроники и квантовых технологий — вычислений, криптографии и сенсорики — может вывести Россию на лидирующие позиции в мире и является одной из приоритетных задач развития науки.

Пресс-служба ТНЦ СО РАН

Мы уже отмечали в предыдущих публикациях, что некоторое угасание мировой эйфории по поводу ВИЭ дает атомной энергетике неплохой шанс для восстановления некогда утраченных позиций. В принципе, именно этот процесс мы сейчас и наблюдаем: репутация «мирного атома» постепенно восстанавливается». Мало того, уже делаются откровенные заявки на ведущую роль в создании энергетики будущего. 

Принципиально важным моментом для нас является участие России и российской науки в указанном процессе. Здесь необходимо отдать должное государственной корпорации «Росатом», активно продвигающей соответствующие технологии на международном уровне. В этой связи нельзя не отметить очередную тематическую неделю «Росатома», проведенную в Дубае в январе нынешнего года. Ключевым моментом стала демонстрация целой линейки атомных реакторов, где особое значение придавалось атомным станциям малой мощности. Напомним, что атомные станции малой мощности (АСММ) с некоторых пор позиционируются (и не только в России) как принципиально важное направление в развитии ядерных технологий, способное привести чуть ли не к революционным изменениям в мировой энергетике как таковой (о чем мы уже писали). Нельзя сказать, что данный тезис безоговорочно принимается всеми специалистами, тем не менее, «мирный атом» с прошлого года начал открыто претендовать на альтернативный вариант «зеленого» энергоперехода.

Как откровенно высказался по этому поводу генеральный директор «Росатома» Алексей Лихачев, объективные данные, представленные весьма компетентными инстанциями, уже позволяют ставить вопрос о включении атомной энергетики в «зеленую» таксономию. Так, по уровню углеродного следа она выглядит даже «чище» самых «зеленых» генераций на основе ВИЭ. Недаром руководитель Международного энергетического агентства (МЭА) призвал в пять раз увеличить темпы строительства атомных электростанций.

Наконец, в самой Европейской комиссии вынуждены были признать, что специалистам не известно ни одного факта, будто атомная энергетика приносит вред больший, чем те виды энергетики, которые уже помещены в «зеленую» таксономию.

Именно по этой причине, заметил Алексей Лихачев, на прошедшем в ноябре климатическом саммите в Глазго никто из атомщиков не оправдывался. Наоборот, российские специалисты со своими коллегами из других стран совместно обсуждали тонкости и детали: какая атомная энергетика, в каких объемах, в каких референтных станциях должна стать неотъемлемой частью «зеленого» энергоперехода. По словам Алексея Лихачева, это полностью соответствует той идеологии, которая сегодня преобладает в России.  В руководстве страны убеждены в том, что энергетический переход невозможен без увеличения атомных мощностей. На данный момент уже приняты соответствующие политические решения. Так, к 2040 году объемы атомной генерации в общем энергобалансе страны должны увеличиться с нынешних 20% - до 25 процентов.

Важно учесть, что планируемое расширение должно осуществляться в контексте развития атомной энергетики как таковой. Как образно заметил Алексей Лихачев: «Есть у революции начало, нет у революции конца». Иначе говоря, совместные усилия специалистов-атомщиков позволяют более полно раскрыть потенциал данного направления и, таким образом, осуществить технологический прорыв. Мы говорим сейчас не только о нашей стране. Развитие атомной энергетики реализуется в глобальном масштабе. Именно сейчас, по словам Алексея Лихачева, обсуждается вопрос о том, каким путем, через какие технологические решения атомная энергетика получит достойные объемы в мировом энергобалансе. Фактически, происходящие сейчас процессы позволяют специалистам говорить об «атомном» ренессансе. Очевидно, что перелом уже произошел, и свою роль здесь сыграла пандемия, обнажив те противоречия, которые к текущему моменту накопились в глобальной энергосистеме. Прошедший год оказался в этом плане переломным. И теперь некоторые вещи подвергаются вполне закономерному переосмыслению. В том числе – и роль атомной энергетики.

В этой связи появление малых атомных станций трактуется как очень хороший знак для отрасли в целом, как некое открытие второго дыхания. Сегодня у многих из нас они на слуху. Но насколько же революционным является этот путь? Алексей Лихачев вполне допускает, что в общественном сознании малые атомные реакторы воспринимаются как часть большой революции, когда целый ряд стран (например, Польша и Украина) приняли решение о строительстве малых атомных электростанций. Тем не менее, он не видит какой-либо конкуренции между мощностями. То есть малые электростанции совсем не «отменяют» большие. Точно так же как легковые автомобили не отменяют существования больших грузовиков. Поэтому в стране, где имеется развитое автомобилестроение, одновременно производят и то, и другое. Так же и с атомной энергетикой.

Тем самым глава «Росатома» дал понять, что государственная корпорация предлагает потенциальным клиентам целую линейку реакторов – от малых до больших. Готовность российских специалистов работать в столь широком диапазоне достаточно хорошо характеризует Россию как источник соответствующих компетенций и технологий.

Как сказал Алексей Лихачев: «Мы активно строим и предлагаем нашим партнерам большие мощности в 1000 – 1200 Мегаватт, предлагаем блоки этих станций. Это очень хорошая и устойчивая генерация, не зависящая от погоды, от природы, от ветра. Она может стать базовой генерацией любой страны, ставшей членом атомного клуба».

Что касается малых электростанций, то они хороши для конкретного места в конкретное время. Скажем, там, где нет возможности протянуть сеть, где нет возможности использовать другие источники энергии или нет возможности подвозить большие объемы топлива. Особенно это актуально для экологически хрупких регионов. Например, в отдаленных районах Севера или в Арктике, где нет ни сетей, ни дорог в обычном понимании. И такие точечные решения, но в то же время - с весьма солидным набором мощности – весьма приемлемы и, мало того, весьма востребованы.

Одно из таких решений как раз предлагает «Росатом». По словам Алексея Лихачева, оно состоит из двух блоков полезной выходной мощностью 105 – 107 МВт. Практически, такой электростанции достаточно, чтобы обеспечить электроэнергией население стотысячного города. То есть город с населением в 100 тысяч человек вполне можно обеспечить электричеством двумя блоками. Таким образом, данная компетенция должна быть достаточно востребована. И надо сказать, что Россия на сегодняшний день имеет целый ряд аналогичных решений – от двух до трехсот МВт. И при благоприятных условиях в ближайшее время всё это начнет воплощаться в жизнь в самых разных частях планеты.

Однако, по мнению Алексея Лихачева, не стоит думать, будто технологический ландшафт будущего станет состоять исключительно из малых станций. Их удельный вес в общем атомном энергобалансе, безусловно, значительно повысится, но это не будет единственным решением. В то же время, подчеркнул Алексей Лихачев, для России это - особое направление, особая гордость. Российские разработки малых реакторов используются не только в формате наземных электростанций. Россия является первой и единственной пока страной, реализовавшей проект плавучей атомной электростанции. Надежность таких решений подтверждается многолетним использованием подобных реакторов на наших атомных ледоколах, бороздящих Арктику. В настоящее время идет работа над их дальнейшей модернизацией. Поэтому для наших специалистов это очень важная - доставшаяся от отцов-основателей атомной отрасли – компетенция по малым, экономически эффективным реакторам. И когда сегодня атомная энергетика выходит на авансцену мировых обсуждений, нашей стране есть, что здесь сказать и что предложить.

Андрей Колосов