Ученые института физики прочности и материаловедения СО РАН в Томске разработали прибор для разрушения камней в мочевыделительной системе организма. Об этом сообщили в пресс-службе томского центра Академии наук.

Новый электроимпульсный прибор дробит камни в почках электрическими разрядами наносекундной длительности. Он обладает рядом преимуществ по сравнению с другими контактными методами разрушения конкрементов. Это: высокая эффективность разрушения и низкая травматичность; наличие гибких рабочих инструментов, позволяющих разрушать конкременты в труднодоступных отделах мочевыделительного тракта; низкая себестоимость генератора и рабочих инструментов.

Мочекаменной болезнью страдают 2–3 % людей. Она может стать причиной серьезных осложнений и даже смерти. Поэтому сейчас большое внимание уделяется развитию и внедрению малоконтактных хирургических методов.

Разработка будет представлена на выставке инновационного Форума молодых ученых U-Novus, который пройдет в Томске в начале апреля.

Уже вошло в привычку сравнивать нашу страну со странами Запада. И как это часто бывает, сравнение получается не в нашу пользу. Больше всего нас задевает, конечно же, очевидное технологическое отставание. И здесь мы сталкиваемся с какой-то парадоксальной ситуацией. Ладно бы, если речь шла о странах Центральной Африки. У них там нет ни нормальной науки, ни образования. Но почему так происходит в нашей стране, где сотни академических институтов, где работают ученые с мировым именем? Ведь это только непосвященному обывателю кажется, что в наших институтах ветер гуляет, и люди томятся от безделья.

На самом деле, как в том убедились даже народные избранники Законодательного Собрания Новосибирской области, наши ученые по некоторым направлениям идут нога в ногу со своими западными коллегами, а в чем-то их даже опережают. Однако что мы имеем на практике? А на практике до 70% научных разработок внедряется за рубежом. Как же так получается? Неужели отечественная экономика, отечественное хозяйство не нуждаются в научных разработках?

На самом же деле, как мы понимаем, научные разработки нужны отечественной экономике как воздух. Хотя бы только для того, чтобы сократить технологическое отставание от Запада. И здесь всё упирается в государственную политику. Наивно полагать, будто сейчас все решает частный инвестор. Далеко не всегда частный инвестор будет, например, вкладываться в НИОКР и за свой счет доводить до ума какие-то принципиально важные наработки академических институтов. Во всех нормальных странах этим занимается государство. В принципе, наши руководители сейчас достаточно много говорят об инновациях, о модернизации основных отраслей промышленности. Даже ставят вопрос об энергосбережении и экологии.

А в прошлом году было вообще заявлено о необходимости «вхождения» в шестой экономический уклад. Этому нельзя не радоваться, однако в то же время конкретные практические действия еще недостаточны для того, чтобы началось поступательное развитие в указанном направлении. Мало того, попытки реорганизации РАН фактически подхлестнули «чемоданные» настроения у молодых и перспективных ученых. Но даже это само по себе не является фундаментальной причиной нашего технологического отставания. Во всяком случае, скандальный закон можно подкорректировать, а то и вовсе отменить. Гораздо сложнее отменить систему сложившихся хозяйственных отношений.

Рассмотрим это на примере энергетического сектора. Не надо, наверное, говорить о том, что энергетика играет в современном хозяйстве решающую роль. По уровню развития энергетических мощностей можно в целом составить представление и об уровне всей  экономики.

Не так давно, как мы помним, Россия провозгласила себя «энергетической державой». Но, к сожалению, изобретатели данного термина наполнили его не самым подходящим для технической модернизации смыслом. По привычке «энергетическая держава» стала восприниматься как страна, экспортирующая энергоресурсы. Главным образом – углеводородное топливо. То есть фактически Россия сохраняет себя как сырьевой «придаток» технологически развитых стран, нацеливаясь на массовое извлечение этих самых энергоресурсов. Тогда как при прогрессивном подходе к делу правильнее было бы сосредоточиться не столько на их извлечении, сколько на их эффективной переработке.

В действительности же успехов в плане эффективной переработки топлива добились именно страны – импортеры нашего сырья, и России теперь приходится их догонять по этому показателю. И самое печальное, наверное, заключается в том, что наша страна располагала (и располагает) отечественными разработками в этой сфере, которые оказались невостребованными у нас, но зато легко прижились на Западе. В этом плане мы снабдили Запад не только углеводородным сырьем, но еще и  передовыми разработками. Это есть досаднейший факт.

Приведем простейший пример. Наши ученые еще в 1950-х годах разработали парогазовые установки, широко теперь распространенные на Западе. У нас количество таких установок можно посчитать по пальцам (Тюменская область, Краснодарский край, Санкт-Петербург). В странах Западной Европы и в США с помощью парогазовых установок вырабатывается до 70% электроэнергии. По тому же пути идет и соседний Китай. Работают такие установки чаще всего на газе (в том числе и на российском газе). Не будем сейчас вдаваться в технические детали. Скажем только, что общий КПД электростанции, где применяется парогазовая установка, достигает 60%. На наших электростанциях, где применяются обычные газотурбины, этот показатель находится на уровне 35–38%. Заметная разница, не так ли? Получается, что у себя в стране мы сжигаем газ почти в полтора-два раза менее эффективно, чем на Западе. А ведь у нас, как заметил Заведующий отделом теплоэнергетики Института теплофизики СО РАН Анатолий Бурдуков, на газе работает почти 60% процентов всей энергетики. Вы только представьте, какой потенциал экономии мы здесь имеем! Кроме того, по расчетам специалистов, это позволит серьезно снизить конечную стоимость вырабатываемой энергии.

Однако на данном этапе государство озабочено, главным образом, интересами сырьевых компаний, таких, например, как Газпром. И главная задача здесь – расширить круг потребителей и нарастить объемы сбыта. Какая уж тут экономия, в самом деле? Сегодня у нас в стране набирает силу процесс газификации отдельных регионов. Причины понятны – ввиду снижения спроса на российский газ на Западе (во многом – благодаря всё той же технической модернизации) государство пытается компенсировать убытки сырьевым компаниям за счет внутреннего потребителя. С одной стороны, такая политика воспринимается положительно. Но с другой стороны, она ничуть не содействует тому, о чем было сказано – эффективному использованию энергоресурсов. И вряд ли этого стоит ожидать в условиях такой поддержки сырьевого сектора.

Вся проблема, считает Анатолий Бурдуков, упирается в тарифную политику. Новейшие разработки в сфере энергетики найдут применение только тогда, когда самим энергетическим компаниям будет крайне необходима техническая модернизация. То есть когда на единицу сжигаемого топлива потребуется получать больше полезной энергии, чем сейчас. Иначе говоря, задуматься о повышении КПД. В настоящее время производителей энергии существующий удельный расход топлива не смущает, поскольку «экономия» здесь достигается за счет относительно невысоких тарифов.

Казалось бы, дороговизна топлива должна иметь негативные последствия для экономики. Однако в системе реальных хозяйственных отношений высокие тарифы могут играть роль важнейшего стимула модернизации, внедрения перспективных разработок. Конечного потребителя при грамотном подходе к делу повышение тарифов на энергоресурсы может вообще никак не коснуться, поскольку, о чем было сказано выше, при более высоком КПД снижается себестоимость производимой энергии. В то же время в общем итоге мы получаем экономию сырья. О благе для экологии и говорить не приходится: топлива сжигается меньше, и сгорает оно в современных установках лучше.

Причем,  речь идет не только об экономии газа. К сожалению, по указанной причине у нас не внедряются и новейшие разработки, связанные с более эффективным сжиганием угля. А ведь в этом направлении работают ведущие специалисты Института теплофизики. Сибирь богата углем, и было бы глупо от него отказываться ради интересов газовых компаний. Однако использовать это топливо нужно на более высоком уровне, о чем мы уже неоднократно писали.

И здесь появляется другая сторона вопроса, связанная с государственной политикой. Недостаточно просто поднять тарифы на топливо. Необходимо посодействовать внедрению передовых разработок, позволяющих это топливо наилучшим образом использовать. Необходимо не только вкладываться в научные разработки. Нужно также поддерживать сам процесс их внедрения, применяя специальные гранты и реализуя с государственным финансовым участием пилотные проекты (тем самым компенсируя отсутствие отраслевых институтов, однажды по большому недоразумению ликвидированных волевым путем). Но для этого, разумеется, придется пересмотреть политику «энергетической державы», когда в приоритете – объемы поставок сырья. Экономия, экология, эффективность – вот собственно, три главных «Э», три кита, на которых будет держаться шестой уклад.

Олег Носков

Мы уже неоднократно писали о том, что в Институте геологии и минералогии СО РАН целая лаборатория занимается выращиванием очень качественных LBO-кристаллов, сулящих человечеству головокружительные перспективы. Как неоднократно заявлял сам директор Института – академик Николай Похиленко –  эти кристаллы используются для создания современных лазерных систем, с помощью которых пытаются запустить реакцию термоядерного синтеза. Несмотря на скепсис, высказываемый по этому поводу некоторыми специалистами, на Западе не упускают возможности с помощью лазерных устройств овладеть этим колоссальным источником энергии.

Не так давно в СМИ попала информация о ходе вполне удачных (на данном этапе) экспериментов, проводившихся в национальной лаборатории Министерства энергетики США, расположенной в городе Ливермор. Ученым Ливерморской лаборатории, сообщается в прессе, удалось провести термоядерный синтез, в котором выделенная топливом энергия превзошла поглощенную. Эксперименты проводились в  августе, сентябре и ноябре 2013 года. Выделенная при термоядерном синтезе энергия в среднем в полтора раза превышала энергию, поглощенную топливом. Наиболее эффективно реакция прошла в ходе трех последних экспериментов, проведенных 13 августа, 13 сентября и 13 ноября 2013 года.  В ходе последнего эксперимента уровень выделявшейся энергии достиг максимального значения — 17 килоджоулей. Топливо при этом поглотило не более 10 килоджоулей. Правда, отмечают комментаторы, следует иметь в виду, что поглощенная энергия составляет лишь малую (менее одного процента) долю энергии, затраченной на лазерный импульс, с помощью которого ученые пытаются инициировать термоядерный синтез.

Тем не менее, по словам ученых, результат получился существенно лучше того, что они ожидали получить при математическом моделировании эксперимента. Первые эксперименты, проведенные в 2009 году, не увенчались успехом. И на сегодняшний день прогресс налицо. Да, чуда еще не произошло, но полученные результаты, тем не менее, обнадеживают.

Принципиально важно для нашей темы то, что в этих исследованиях ученые используют специальную установку, где дейтериво-тритиевое топливо сжимают мощным синхронным импульсом 192 лазеров. Именно лазерные системы играют здесь ключевую роль. Однако на данный момент исследователи сталкиваются с определенными техническими ограничениями, и поэтому остается непонятно, удастся ли довести  термоядерную реакцию до «зажигания» применяемым методом.

Какое это все имеет отношение к  LBO-кристаллам? Прямое. Как пояснил сотрудник лаборатории по выращиванию кристаллов Института геологии и минералогии СО РАН Константин Кох, для  проекта, который реализуют американцы, выращивались совсем другие кристаллы, с менее «выдающимися», так сказать, характеристиками. На их основе были созданные оптические элементы размером 40 на 40 см, как кафельная плитка.

Для LBO-кристаллов пока что эти размеры нереальны. Чтобы создать шайбу упомянутых размеров, нужен очень внушительный «камушек», как минимум килограмм на десять – раз в пять крупнее тех, что научились получать сейчас. Американцы, кстати, и в этом направлении также ведут работу, ведь США (как и Россия) – одна из немногих стран, где освоили технологии выращивания LBO-кристаллов. И соревнование ученых за создание самого крупного и чистого «камушка» – это не выдумки. Как не трудно догадаться, такие кристаллы также планируется использовать в экспериментах с управляемым термоядом. По словам специалистов, оптический элемент на основе LBO-кристалла позволит «вкачать» значительно большую энергию в мишень, затрачивая ту же мощность из розетки. Хватит ли этого для положительного результата в термояде – пока еще никто не знает. Но сам эксперимент не отменяется.

В любом случае, результаты здесь идут по нарастающей. Главное – получить кристаллы нужного размера. Точнее – не один кристалл, а больше сотни! А это, надо сказать, очень дорого. Ведь одна установка для выращивания такого «камушка» стоит миллионы. У американцев по части финансирования проблем нет – в отличие от их российских коллег, постоянно сталкивающихся с разными «оптимизациями» со стороны «эффективных менеджеров». Как бы однажды нашим руководителям американская наука не преподнесла сюрприза: термояд запущен – ждем инвесторов для промышленного освоения новых систем. Что это будет для нас означать, понятно: «Энергетическая держава», можешь сворачивать свои газопроводы – мы входим в новую эру!

Олег Носков

Надо ли говорить о том, что для современного густонаселенного города проблемы экологии стоят чуть ли не на первом месте? Город, подобно живому организму, «дышит» и «питается», выделяя вредные продукты своей жизнедеятельности. Чем больше ресурсов он поглощает, чем активнее осуществляет свою жизнедеятельность, тем больше происходит выбросов в атмосферу, тем больше мусора и грязи остается. Спрашивается, как развиваться, не погружая себя в эту отраву?

Экологией крупных городов озаботились уже давно. На Западе эти вопросы стоят, можно сказать, на первом месте. Свою роль здесь сыграло ужесточение нормативов по вредным выбросам в атмосферу и ужесточение нормативов по энергопотреблению. Это был позитивный шаг вперед, который, по сути, определил важное направление технической модернизации.

По крайней мере, ученые и конструкторы были вынуждены совершенствовать энергетические системы, повышать их КПД, решать проблему полноты сгорания топлива. Однако надо сказать, что эти задачи не дают окончательного решения вопроса, а только формируют предпосылку для такого решения. Сжигать меньше и как можно качественнее – это некое необходимое условие для перехода на следующий этап решения проблем экологии – принципиально иной этап, когда, по сути, продукты жизнедеятельности начинают работать на саму… энергетику (ту самую, где уже научились хорошо сжигать топливо).

Именно такое «прозрение» возникло во время выступления директора Института теплофизики СО РАН Сергея Алексеенко на круглом столе «Наука – городу Новосибирску», посвященном дню Российской науки, 7-го февраля. В какой-то мере доклад уважаемого ученого позволил увидеть некий просвет в будущее. И это будущее оказалось непохожим на страшные антиутопии. Ведь сколько раз человечеству предсказывали неизбежную гибель. И на протяжении последних десятилетий эту гибель неизменно увязывали с экологической катастрофой, с горами мусора и разливом сточных вод, с дымящими заводами и электростанциями. Но, как выяснилось, наука может исправить то, что было допущено предшественниками. Технологии развиваются, и их развитие может таить благо для цивилизации.

О чем конкретно идет речь? Надо сказать, что разработки специалистов Института теплофизики в области решения проблем энергосбережения, эффективного сжигания топлива, в области альтернативной энергетики достаточно хорошо известны, в том числе и за рубежом. К сожалению, некоторые из них, как воздух необходимые нашему городу, пока еще не внедрены. А ведь среди них есть и такие, которые как раз позволяют, что называется, «убить двух зайцев», посодействовать снижению расходов на традиционное топливо за счет решения вопросов экологии.

В первую очередь речь идет о создании Комплексных районных тепловых станций (КРТС), решающих одновременно вопрос утилизации твердых бытовых отходов и вопросы централизованного теплоснабжения. Специалисты Института в данном случае предлагают совместить сжигание мусора и сжигание традиционного топлива в едином комплексе тепловой станции или теплоэлектроцентрали. Для этого необходимо дооборудовать существующие тепловые станции, пристроив к каждой из них дополнительный цех по сжиганию мусора. Такой мусоросжигательный цех способен утилизировать до 40 тыс. тонн ТБО в год (или пять тонн в час). Это позволит, с одной стороны, как минимум на 10% уменьшить расход традиционного топлива, с другой – решить вопрос с утилизацией мусора.

Напомним, что в Новосибирске ежегодно образуется миллион тонн ТБО. Эти отходы скапливаются на четырех полигонах, не оборудованных системой экологического мониторинга. Сегодня в мире – главным образом, в европейских странах, – ежегодно вырабатывается до 130 млрд. кВт.ч.  электроэнергии за счет сжигания ТБО. Причем, технологии сжигания мусора с экологической точки зрения не вызывают никаких нареканий. В европейских городах, где весьма высоки экологические требования, мусоросжигательные заводы расположены прямо в жилых кварталах, поскольку это не наносит вреда среде. Наши ученые предлагают развивать то же направление. Необходимо рассматривать ТБО как нетрадиционный вид топлива, который на сегодняшний день имеет отрицательную стоимость. Строительство мусоросжигательного цеха обойдется примерно в 500 миллионов рублей. Всего городу (для полной утилизации мусора) необходимо создать 25 таких станций. Конечно, за короткий период этого не сделать (потребуется как минимум 12,5 миллиардов рублей). Но для начала можно реализовать пилотный проект, создав КРТС  на территории Советского района.  Так, с одной стороны, мы реализуем перспективную инновацию, с другой, – предотвратим надвигающуюся экологическую угрозу, поскольку полигон, куда вывозится мусор из Советского района, фактически переполнен.

Следующая важная инновация – внедрение технологии переработки и уничтожения медицинских, слаборадиоактивных и токсичных отходов в термической плазме. Для этих целей специалистами Института теплофизики разработаны специальные компактные установки, к которым уже сейчас проявляют интерес иностранцы. Есть смысл поддержать данную разработку и найти ей массовое применение. Мы не будем здесь вдаваться в технические подробности работы данной установки. Попросту говоря, эта технология позволяет осуществить глубокую переработку различных веществ до простейших соединений без какой-либо предварительной подготовки отходов к переработке. В ходе переработки получается калорийный синтез-газ, который сжигается в энергетических котлах. Неорганическая составляющая отходов в виде жидкого шлака может использоваться в дальнейшем как строительный материал. Такую установку можно использовать на промышленных предприятиях, в медицинских учреждениях, а также на муниципальных мусороперерабатывающих заводах.

И наконец, еще одно важное изобретение в том же русле, одинаково полезное для энергетики и экологии, – это технология утилизации сточных канализационных стоков методом «конверсии органических веществ в сверхкритичной воде». «Сверхкритичная вода» – это активный растворитель органических веществ и кислорода. В данном случае органические вещества преобразуются в жидкое углеводородное топливо, которое можно эффективно сжигать в энергетических установках. При утилизации сточных вод с долей органики 25% трубный реактор объемом в 39 литров будет производить 70 кг в час такого топлива. Расход сточной воды – 234 кг в час. Таким образом, пучок из ста труб будет давать 7 тонн жидкого топлива в час. Интересно, не так ли? Конечно, возникает вопрос: а как такой необычный продукт будет гореть? В той связи напомним, что в Институте теплофизики занимаются также вопросами эффективного сжигания углеводородного топлива. И уже есть разработки, позволяющие сжечь без сажи и копоти даже отработанное масло! Так что с этим должно быть все в порядке. Как было сказано выше – умение хорошо сжигать топливо есть предпосылка к переходу на этап «скрещивания» экологии с энергетикой.

В общем, перефразируя слова одного политика, «Изобретения своевременные, нужные». Тут, собственно, ничего не надо доказывать. Перспективность и актуальность данных разработок не вызывают никаких сомнений. Другое дело, насколько у нас в стране такими разработками заинтересуется власть и бизнес. Будет очень печально, если спустя десять-пятнадцать лет нам придется все это закупать за рубежом (вместо того, чтобы продавать самим).

Олег Носков

Наш сегодняшний собеседник – заведующий лабораторией молекулярной генетики д.б.н. Александр Вершинин.

– Александр Васильевич, какое исследование в данный момент больше всего привлекает Ваше внимание?

– Общая проблема, которой я интересуюсь уже много лет, – это существование в геноме эукариот избыточной генетической информации. Известно, что генетическая информация содержится в составе молекул ДНК, которые упакованы, соответственно, в хромосомы. У эукариот объем ДНК гораздо больше, чем нужно для количества генов, существующих в организмах. Еще в конце прошлого века, до начала массового секвенирования геномов, были сделаны оценки, показавшие, что для обеспечения наработки всех белковых молекул и контроля метаболических реакций у живых организмов необходимо от 50 до 100 тысяч генов. Позднее эти оценки были, в общем-то, подтверждены. Сейчас уже секвенированы геномы многих видов эукариот: человека, дрозофилы, мыши, арабидопсиса, риса, сахарной свёклы и других, относительно небольших по размеру геномов. В ходе исследований оказалось, что число генов, например, у дрозофилы составляет приблизительно 15-18 тысяч. У человека – около 35 тысяч, хотя наша организация намного сложнее, чем у дрозофилы.

Получается следующее: виды различаются примерно в 2-2,5 раза по числу генов, а по размерам геномов – уже на несколько порядков. Процент кодирующих участков, которые непосредственно отвечают за наработку белковых молекул, просто ничтожен, всего 1-2 %. Это означает, что огромная масса ДНК не кодирует никаких молекул.

Тут же возникают определенные вопросы: для чего нужно так много ДНК в клетке, участвует ли эта часть в регуляции активности кодирующих участков генов, выполняет ли какие-то другие функции, может быть, структурные, или она вообще просто существует сама по себе. На сегодняшний день это одна из фундаментальных проблем современной генетики. Не такая модная, как стволовые клетки, лечение рака или генная инженерия, но не менее интересная.

Вообще данная тема была поднята еще в 80-х годах прошлого века, когда только были проведены первые оценки. Сразу стало ясно: ДНК в клетках эукариот гораздо больше, чем необходимо для кодирования генетической информации. Несколько ученых, в их числе лауреат Нобелевской премии Фрэнсис Крик (прим. Ф. Крик вместе с Дж. Уотсоном открыли двойную спираль ДНК, за что и были удостоены премии Нобеля), выдвинули предположение, что основная часть ДНК, существующая в эукариотической клетке, – паразитическая, мусорная ДНК –  не играет никакой роли в функционировании клетки. Смысл ее существования лишь в воспроизведении самой себя и передаче от клетки к клетке. Это была, так сказать, негативная точка зрения на функцию данной значительной части генома. Но поскольку большинство людей уверено в пользе каждого явления природы, многие ученые и сейчас пытаются найти какие-то функции, свойственные основной части генома, которая не участвует непосредственно в кодировании белковых молекул.

–Вы занимаетесь изучением данной проблемы в целом или есть какое-то одно направление работы?

– В состав вышеупомянутой паразитирующей ДНК входят очень разные по своей структуре и составу последовательности ДНК. Поскольку всё это многообразие изучать невозможно – по крайне мере для одной лаборатории – нужно выбирать какую-то свою проблему в этом массиве. В настоящий момент мы концентрируемся на молекулярной структуре центромер.

Центромеры – это районы хромосом, расположенные, как можно судить по названию, в центре или около центра хромосомы. Их основная функция сводится к обеспечению правильного расхождения хромосом во время деления клеток. Наборы хромосом, несущие генетическую информацию, должны расходиться по дочерним клеткам. Главное, чтобы дочерние клетки имели точно такое же количество и содержание хромосом, как и родительские. Этот процесс и контролируют центромеры

Если смотреть на молекулярную структуру центромер, в частности, на состав ДНК, то окажется, что в них преобладают различные классы повторяющихся последовательностей, т.е. ДНК с непонятной функцией.

Молекулярная структура центромер очень хорошо изучена у риса, кукурузы и еще у некоторых видов растений. А вот у злаков, по крайней мере, у тех видов, которые культивируются в России, в частности, у пшеницы и ржи, центромеры практически не изучены. Именно на этом направлении мы сейчас и концентрируемся.

– Скажите, пожалуйста, какое практическое применение потенциально имеет данное исследование?

– Пшеница и рожь – это один из очень немногих примеров в живой природе, когда представители разных родов способны производить гибриды, причем гибриды жизнеспособные и дающие потомство. Например, чтобы скрестить рожь и ячмень, вам потребуется специальные приемы, придется культивировать зародыши на специальных средах и, как правило, всё равно, несмотря на титанические усилия, потомки получаются стерильные.

А вот рожь с пшеницей скрещиваются гораздо легче. Их гибриды, тритикале, широко используются в селекции, так как они объединяют в себе полезные свойства обеих культур. Пшеница хороша тем, что ее зерно обладает отличными хлебопекарными качествами. Кроме того, у пшеницы выше урожайность. Рожь в свою очередь более устойчива к неблагоприятным условиям: к колебаниям температуры, морозам и различным вредителям.

Одна из актуальнейших селекционных проблем на сегодняшний день – это введение генов устойчивости ото ржи в геном пшеницы. Для правильного их соединения необходимо правильное поведение хромосом во время гибридизации и последующих делений гибридных клеток. Следовательно, поскольку весь этот процесс контролируется центромерами, именно их нам нужно изучать.

 – Александр Васильевич, с какими организациями Вы сотрудничаете в данной области?

– С прошлого года началось сотрудничество с ВАСХНИЛом. В частности, мы исследуем гибриды тритикале, полученные Петром Ивановичем Стёпочкиным, моим однокурсником, кстати. Сотрудники ВАСХНИЛа занимаются практической селекцией, а мы используем их линии и сорта.

– Что, на Ваш взгляд, является главной проблемой Вашей лаборатории и института в целом?

– Основная проблема сейчас – недостаток квалифицированных кадров. К сожалению, общий уровень подготовки студентов стал ниже, чем был в предыдущие годы. Кроме того, очень небольшое количество молодых людей хотят работать в институтах после окончания университета. И, на самом деле, их можно понять: аспирантская стипендия довольно маленькая, на нее крайне сложно жить. Поэтому студенты стараются устроиться на более прибыльную работу. Найти способных молодых специалистов, которые идут в науку, несмотря на все проблемы, очень трудно.

– Скажите, пожалуйста, насколько развитие молекулярной генетики в России соответствует мировому уровню?

– Дело в том, что науки в мире очень много, и она очень разная. В том числе и в западных странах. Безусловно, есть хорошие, высокоэффективные центры с квалифицированными кадрами, великолепным техническим снабжением, высоким рейтингом печатных работ, которые там выпускаются. В нашей области – молекулярной генетике растений – к таким центрам относятся Центр Джона Иннеса в Англии, Институт Макса Планка в Германии, много лабораторий в США, Японии. Вместе с тем, в этих же странах есть такие заштатные места, где работают сотрудники гораздо более низкого уровня квалификации и оборудование там намного хуже по качеству. Я точно знаю, так как сам много лет работал в Англии. Если мы хотим конкурировать, то нужно, конечно, ориентироваться на самые лучшие зарубежные научные центры. 

Маргарита Артёменко

Борьба за повышение КПД, как мы знаем, процесс непрерывный. Вопрос этот актуален не только для современного двигателестроения, но и для энергетических систем, даже тех, где используется такое «прозаическое» топливо, как уголь.

Раньше, особенно в советские годы, у нас в стране по этому поводу особо не переживали. Страна у нас ресурсами богатая, угля полным-полно. Поэтому дополнительной экономией или экологией сильно себя не озадачивали. Однако с определенных пор мы стали равняться на европейцев, которые привыкли считать каждую копейку, да к тому же уделять повышенное внимание экологии. Потому и нам теперь приходится серьезно озадачиваться тем, чтобы уголек сжигать более эффективно, более полно, экономя ресурсы и щадя окружающую среду. Ведь чем лучше, чем полнее сгорает топливо, тем меньше выбросов в атмосферу, меньше сажи и копоти. Для этого, естественно, необходимо усовершенствовать конструкцию топок, отработать режимы работы. Короче говоря, необходимо выводить отечественные энергетические системы на мировой уровень. В наши дни делать это с помощью рацпредложений башковитых эксплуатационщиков уже никак не получится. Масштаб задач более серьезный. К усовершенствованию топочных устройств необходимо подключать фундаментальную науку, оснащенную, что называется, по последнему слову техники.

Проблема в том, что процессы, происходящие в самой топке, еще мало изучены. Исследователям, грубо говоря, не удавалось туда «залезть» и сделать какие-то нужные измерения.

Шутка ли: в вихревой топке современной теплоэлектростанции температура держится на уровне 1600 градусов С. Попробуй чего-нибудь там измерить! Можно, конечно, сделать уменьшенную модель. Но опять же – как посмотреть, что происходит там внутри? Например, посмотреть, как движется поток газов, с какой скоростью, как он распределяется, где образуются завихрения, возвратные течения, застойные области.

Причем, нужно не только посмотреть, но все измерить и посчитать, составить точную математическую модель, и уже опираясь на нее, сделать необходимые вычисления для новой, улучшенной конструкции топки. Короче говоря, сделать все четко «по-научному».

Такой работой, как нами уже сообщалось ранее, занимаются в Институте теплофизики СО РАН. В свое время процессы, происходящие в топочных котлах, ученые научились моделировать в жидкой среде, для чего была сконструирована специальная установка – уменьшенная копия реального котла действующей ТЭЦ (о чем мы в одной из статей рассказывали подробно). Надо сказать, что это была достаточно оригинальная находка. По крайней мере, с помощью такой установки можно было своими глазами увидеть (благодаря прозрачным стенкам) «физику» данного процесса. В воде образовывался вихревой «жгутик», который как раз моделировал вихревое ядро потока раскаленных газов. Потом это можно было спроецировать на реальную топку. Почему ученые прибегли к такой модели? Потому что, как мы уже отметили, работать с раскаленными газами не очень-то удобно. Вода оказалась предпочтительнее, главным образом – с точки зрения визуализации процесса. 

Однако прогресс происходит и в области самих методик исследования. Два года назад в Институте появился новейший экспериментальный стенд для исследования аэродинамики и процесса смешения в моделях вихревых топочных устройств. Этот стенд представляет собой полностью автоматизированную систему, оснащенную всеми необходимыми для исследований измерительными приборами. Собственно, именно благодаря новейшим измерительным приборам, куда входят лазерная доплеровская измерительная система ЛАД-056 и PIV-система «Полис», оснащенные специализированным программным обеспечением, разработанные в самом Институте), ученые получили возможность не прибегать здесь к таким «хитростям», как использование воды для моделирования процесса. Здесь они имеют дело с газом. Не с раскаленным, конечно же. Процесс исследуют, используя сжатый воздух и дым на основе глицерина (это так называемый «засеянный трассерами поток»). 

Ключевое слово здесь – аэродинамика. Как пояснил старший научный сотрудник лаборатории радиационного теплообмена Игорь Ануфриев, «аэродинамика определяет весь процесс сжигания в любых топочных устройствах». Как раз с помощью такой установки, опираясь на точные измерения, можно делать выводы о качестве организации аэродинамики. Параллельно создается математическая модель для численных расчетов, которые сопоставляются с результатами, полученными в ходе экспериментальных исследований. Опираясь на эту проверенную модель, можно рассчитывать конкретный топочный процесс и применять подобные расчеты в целях усовершенствования конструкций существующих топок.

В данном случае речь идет о вихревой топке Николая Голованова, конструкцию которой специалисты лаборатории радиационного теплообмена Института Теплофизики пытаются усовершенствовать, используя указанный стенд с моделью данной топки. Сама топка, по словам Игоря Ануфриева, имеет целый ряд преимуществ. Например, малые габариты, сжигание топлива в вихревом потоке с горизонтальной осью, что повышает полноту сгорания. Однако есть много важных нюансов в организации самой аэродинамики, которую необходимо тщательно исследовать, чтобы довести конструкцию до совершенства. В частности, имеет место «прилипание» струи к одной из стенок, имеются застойные области, возвратные течения. Исследование этих процессов с помощью новейшего оборудования призвано устранить все эти недостатки.

Отметим, что таких возможностей еще не было в те годы, когда вихревая топка Голованова разрабатывалась. И только теперь, с появлением новейших методик исследования, наши специалисты могут вывести данную разработку на новый уровень. А откровенно говоря – на мировой уровень. Ведь технологии исследования адекватны технологиям самих разработок. Тем-то, собственно, ученые и отличаются от кустарей и простых рационализаторов.

Причем немаловажно то, что эти исследования на стенде проводятся в рамках научно-образовательной деятельности НОЦ "Энергетика", созданного ИТ СО РАН и НГУ. И самое интересное, что здесь много молодых людей. Так, на стенде работают магистранты физфака, один из которых – Евгений Шадрин – является в 2013-14 учебном году лауреатом стипендии им. академика С.С. Кутателадзе, учрежденной ученым советом Института для студентов за успехи в учебе и достижения в научно-исследовательской работе. Так собственно, в работе с новейшим оборудованием, формируется молодая смена наших ученых.

Олег Носков