Стыдно не знать: 5 разработок ИЯФ, которые меняют мир

НГС попросил ученых простыми словами объяснить, что это такое — и как они работают

В мае Институт ядерной физики СО РАН отметит двойной юбилей — 60 лет со дня основания и 100 лет со дня рождения его основателя, академика Герша Будкера. Новосибирцы привыкли гордиться своими учёными, СО РАН и Академгородком, но лишь немногие понимают, что делают за стенами институтов. Обозреватель НГС пообщался с учёными ИЯФ и попросил их простыми словами рассказать о пяти самых важных разработках института за его 60-летнюю историю. О том, зачем физикам определять возраст коньяка, когда в Новосибирске будут облучать еду радиацией и что же такое коллайдер — в материале НГС. 

Коллайдер


Электрон-позитронный коллайдер, построенный в Институте ядерной физики СО РАН
Электрон-позитронный коллайдер, построенный в Институте ядерной физики СО РАН


Для того чтобы исследовать элементарные частицы, нужно ускорять их и сталкивать. «Два паровоза когда сталкиваются, как меня учил Будкер на первой лекции, это помогает добраться до самых внутренних деталей паровоза — они просто разлетаются. И регистрируя эти части, ты можешь понять, как устроен паровоз», — привёл пример работы коллайдера академик РАН Василий Пархомчук. Чтобы заставить провзаимодействовать электроны и позитроны, их разгоняют до очень большой энергии. При столкновении они исчезают, а вместо них рождаются новые [частицы]. Наблюдая этот процесс, ученые получают недоступную ранее информацию о строении частиц. Но главная цель — найти проявления Новой физики, то есть законов природы, которые еще неизвестны и которые могут перевернуть наше представление об окружающем мире.


Частицы разгоняют в коллайдере. В ИЯФ работает два электрон-позитронных коллайдера. Всего в мире их семь. Подобные, только большего размера, есть на границе Швейцарии и Франции, в ЦЕРНе — Европейской организации по ядерным исследованиям, где трудились и ияфовцы, и в других странах.


Ускорительный масс-спектрометр


Ускорительный масс-спектрометр снаружи выглядит как огромная бочка
Ускорительный масс-спектрометр снаружи выглядит как огромная бочка


Установка с таким сложным названием на самом деле выполняет интересную функцию — она позволяет определить возраст каких-либо объектов. Начиная с камней, минералов и деревьев и заканчивая произведениями искусства, останками людей, животных и даже коньяком. Единственное условие — они все должны содержать углерод. Ускорительным масс-спектрометром пользуются археологи, почвоведы, геологи, историки и даже полицейские-криминалисты. В ИЯФе на УМС анализируют около тысячи образцов в год. Например, недавно физики проанализировали образец сосны из Академгородка. Пик концентрации радиоуглерода в биосфере пришёлся на кольца, которые соответствуют 60-м годам, когда в мире проводили наземные испытания ядерного оружия. 


Возраст определяют по сохранившемуся углероду. «Есть кость, это была кость молодой бизонихи, мы кусочек этой кости выпилили, отнесли его на наш масс-спектрометр и начали анализировать. Оказалось, что C-14 (углерода. — К.Ш.) внутри очень мало. Это прошло 27 тысяч лет [назад]. Нашли её здесь, под Институтом ядерной физики», — рассказал Василий Пархомчук. Перед началом исследования на УМС химики выделили из кусочка кости коллаген (белок), из которого получили углерод в графитоподобном состоянии. Именно его и поместили в барабан для анализа.


Такой способ датирования объектов археологи любят больше всего, потому что для этого нужно совсем небольшое количество исходного материала. 


Ловушки для плазмы


Газодинамическая ловушка ИЯФ СО РАН
Газодинамическая ловушка ИЯФ СО РАН


В 50-х годах советские учёные, которые занимались исследованиями по созданию ядерного оружия, переключились на использование ядерной энергии в мирных целях. Так начались исследования в области управляемого термоядерного синтеза — синтеза тяжелых ядер из более лёгких. Для того чтобы запустить эту реакцию, нужно нагреть плазму (высокоионизованный газ) до 100 миллионов градусов и выше, в то же время её плотность должна быть достаточно большой — только в этом случае КПД будет положительным. Для решения этих проблем создают экспериментальные термоядерные установки. Самый распространённый вариант — замкнутая ловушка типа токамак. Она представляет собой тороидальную — в виде бублика — камеру с магнитными катушками. Такие установки считаются наиболее перспективными, поэтому международный экспериментальный термоядерный реактор ИТЭР, который строят сейчас во Франции, будет представлять собой именно токамак.


В Институте ядерной физики проводят исследования на другой конфигурации термоядерной установки — на открытых ловушках. Это незамкнутые системы для удержания плазмы. Идею создания таких установок впервые предложил Будкер ещё в начале 60-х годов. «Сейчас разработан концептуальный проект ловушки нового поколения — она может стать прообразом термоядерной электростанции, экологически безопасной и работающей. Но это долгий ещё путь: чтобы достичь этой цели, нужны экспериментальные проверки этих новых идей», — пояснил заместитель директора по научной работе Александр Бурдаков. 


В России, как и в других странах, есть программы развития термоядерной энергетики, чтобы создать термоядерную электростанцию. Такие электростанции привлекательны, потому что не требуют ископаемого топлива, в отличие от других способов получения энергии. Но на пути к дешёвой и экологичной термоядерной электростанции ещё много проблем, которые и пытаются решить учёные.


Синхротронное излучение


Синхротрон в бункере Института ядерной физики
Синхротрон в бункере Института ядерной физики


Синхротрон — по сути, гигантский микроскоп. Он позволяет учёным наблюдать процессы, которые происходят внутри веществ, на очень маленьком, атомарном уровне. Синхротронное излучение, возникающее при движении заряженной частицы в магнитном поле по искривленной траектории, считают одним из самых востребованных приложений ускорительной техники.


Синхротронное излучение используют в разных областях науки, например в фармакологии. С его помощью химики смогли изучить молекулы висмута трикалиядицитрата — одного из самых эффективных средств против язвы желудка, и на его основе создать отечественный препарат, который скоро появится в аптеках. 


В 70-х годах в мире было всего два синхротронных излучателя — в ИЯФ и в Стэндфордском университете в США, рассказал заместитель директора по научной работе Николай Мезенцев: «Сразу многие в то время исследователи потянулись сюда, к нам, — из Англии, Германии, Чехословакии, — проводили эксперименты. Мы в этом смысле были пионерами, и многие методики, которые здесь разработаны, они используются сейчас по всему миру, и все работают».


В скором времени в Академгородке могут сделать целый центр синхротронного излучения — об этом учёные попросили президента Владимира Путина, когда он приезжал в Новосибирск в феврале. 


Промышленные ускорители


Промышленные ускорители — на конвейер составляют коробки с медицинскими изделиями (слева), которые проходят через облучение и дезинфицируются (справа)
Промышленные ускорители — на конвейер составляют коробки с медицинскими изделиями (слева), которые проходят через облучение и дезинфицируются (справа)


Одно из направлений, которым занимаются учёные ИЯФ и которое уже используют на производстве, — это промышленные ускорители. В 70-х годах Будкер поставил задачу: выйти на рынок промышленных ускорителей, которые уже существовали до этого, но были недостаточно мощные и надёжные.


Ускоритель — источник радиации, но его, в отличие от постоянных радиационных источников, можно включить и выключить, и он станет абсолютно безопасным, особенно для работы в сложных заводских условиях. Новые модели ускорителей стали применять для облучения проводов, которые после этого увеличивали срок своей службы и стали более стойки к перегревам и возгоранию. Со временем стало возможным использовать эти установки для стерилизации медицинских изделий: халатов, масок, одноразовых шприцев. «Пластиковые шприцы невозможно обеззаразить кипячением или чем-то ещё. Радиационная стерилизация недостатков не имеет, потому что нет ничего чище электронов. Электроны сделали свою работу, проникли внутрь упаковки, убили все живые организмы и сами ушли. Никакой химии даже принципиально быть не может», — пояснил заведующий лабораторией Александр Брязгин. 


Сейчас учёные ждут, когда законодательство полностью позволит использовать такие ускорители и для обработки пищевых продуктов: предполагается, что они исключат из состава продуктов консерванты и химические добавки и увеличат сроки хранения. Чтобы избежать возможных проблем с неграмотным применением радиации в пищевой промышленности, нужно дождаться, чтобы в технических регламентах и ГОСТах прописали все условия применения ионизирующего излучения для пищевых продуктов. 


«Метод облучения пищевых продуктов мы сейчас по-другому называем, чтобы преодолеть радиофобию, — метод холодной электронной пастеризации», — отметил Брязгин. По его словам, это должно произойти ближайшие несколько лет.


Читайте также:

СО РАН разнесло. Власти присоединят к Академгородку соседние районы — учёные заявили, что им нужны земли и дома.

НГС.БИЗНЕС

АФИША

SHE

НГС.НЕДВИЖИМОСТЬ

АВТО

НГС.РАБОТА

Лента новостей


Авторские колонки

Реклама
Реклама

Сообщи свою новость

Здесь вы можете оставить информацию, фотографии и видео с любыми событиями, свидетелями которых вы стали, обо всём, что происходит в городе и области. Ждём. Мы работаем для вас!
Ваше имя
Сообщите новостьПрикрепите доказательства: ссылки на видео и аудио вставьте в текст сообщения, загрузите фото
Фото
Эл. почта или телефон
Докажите что вы не робот
Ваше сообщение отправлено