Революционные научные разработки и перспективы обсудили
ученые на конференции «Синхротронное излучение 2012» в
Новосибирском Академгородке. Более 200 исследователей из самых
разных областей науки приняли участие в крупном научном форуме,
который был посвящен синхротронному излучению.
На сегодняшний день синхротронное излучение (СИ) — это
мощнейший и универсальный инструмент для исследований
в самых разных отраслях науки. Излучение имеет настолько высокую
яркость, что позволяет ученым «увидеть» элементный состав
структуры вещества, расшифровывать ДНК, изучать процессы,
занимающие доли секунды (например, исследование динамики
распространение взрывной волны) и много другое. Последние шесть
Нобелевских премий по химии и биологии получены по результатам
работ с применением СИ.
В Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН в 1973 г. при
разгоне элементарных частиц по искривленным
траекториям в однородном магнитном поле из установки ВЭПП-3
в экспериментальный зал был выведен первый пучок СИ. С этого
момента Институт стал настоящей Меккой для исследователей.
Конференция, где озвучили результаты начавшихся исследований с
применением СИ, впервые состоялась в 1975 году. С тех пор каждые
два года ученые собираются вместе обсудить итоги и перспективы.
Как отмечает заместитель директора ИЯФ академик Геннадий
Кулипанов, каждая конференция непохожа на предыдущую:
«Особенностью этой конференции стало большое количество
работ выполненных на терагерцовом излучении. Работы с
терагерцовым излучением реально начались только 6 лет назад. К
тому же, почти 40 лет назад мы вывели СИ из накопителя
ВЭПП-3 и сегодня мы пригласили первых пользователей
синхротронного излучения».
Одними из первых пользователей была группа
биологов, в числе которых профессор Марк Мокульский(Институт
молекулярной генетики РАН г.Москва), Альвина Вазина
завлабораторией Института теоретической и
экспериментальной биофизики РАН (г. Пущино). Они стали
участниками и нынешней конференции. Также нельзя не
отметить большое количество молодых ученых, собравшихся на
этом форуме. И это понятно, ведь с каждым годом число
пользователей СИ растет. Сейчас в мире их более 60 тысяч.
Для исследований на базе установок и лабораторий Института
ядерной физики СО РАН создан Сибирский центр синхротронного и
терагерцового излучения. За время существования Центра
сотрудниками институтов Академгородка написаны сотни
научных трудов, многие из которых носят не только
теоретический, но и прикладной характер. Например,
разрабатываемую еще с конца 70-х годов рентгеновскую литографию,
позволяющую делать микросхемы с субмикронными размерами
элементов, а затем развитую в так называемую LIGA- технологию
теперь готовятся применять в медицине. Сегодня ученые используют
ее для синтеза трехмерных дифракционных преломляющих интраокулярных линз.
Подобные линзы используют при операции по замене хрусталика
глаза, в которых, как правило, нуждаются больные
катарактой. Таких, по данным Всемирной организации
здравоохранения, около 17 миллионов человек. Для многих из этих
людей операция - единственный шанс спасти зрение. Как правило,
после имплантации искусственного хрусталика у многих пациентов
встречаются абберации т.е. искажения (ореолы, отблески, засветы),
которые возникают из-за несоответствия оптических систем
человеческого глаза и линзы. Несколько лет назад на Западе были
разработаны линзы, обладающие асферической поверхностью и
позволяющие устранить абберации. Но их производство весьма
дорогостоящее, что естественно сказывается на стоимости операции.
В среднем такое вмешательство с использованием линз с
улучшенными оптическими характеристиками пациентам обходится в
50-60 тысяч рублей. Новосибирские ученым удалось разработать
новую, во много раз менее затратную, технологию
производства подобных линз.
Рассказывает старший научный сотрудник Института ядерной физики
им. Будкера Валерий Пиндюрин: «Современные линзы, которые
сейчас используются в офтальмологии, изготавливают микроточением
на специальных станках. Совместно с сотрудниками Института
автоматики и электрометрии СО РАН в нашем институте по
LIGA-технологии была создана специальная никелевая матрица,
на которую можно поливать полимер и после его затвердевания
снимать уже готовую интраокулярную линзу. Технология обеспечивает
сохранение качества оптических поверхностей при многократном
отделении полимерных пластинок. Такие линзы являются
двух-фокусными (хорошая видимость вблизи и вдали), существенно
убирают оптические аберрации, и будут значительно дешевле
стоить».
Если о массовом производстве трехмерных интраокулярных
линз, созданных по LIGA- технологии говорить еще рано, то
производство вигглеров (от англ. wiggle —
вихлять, изгибаться) – установок для генерации синхротронного излучения в
электронном накопителе, поставлено,
можно сказать, на поток. Институт ядерной физики в этой области
вне конкуренции.
Виталий Шкаруба, кандидат технических наук; старший научный
сотрудник: «Нашими сотрудниками сделано уже
около двух десятков вигглеров для Англии, Японии, Германии и
других стран. Поскольку многие накопители СИ, построенные 20-30
лет назад уже устарели технически, возникает необходимость их
модернизации. Если поставить такое устройство – вигглер - на
старый накопитель, то их свойства приблизятся к современным
машинам. Увеличивается частота и мощность излучения. Один из
вигглеров, например, мы собрали для англичан. Он установлен на
накопитель в научном центре недалеко от Оксфорда. Сейчас там с
помощью СИ изучают крылья боингов на стрессоустойчивость.
Поскольку для каждого эксперимента нужен свой спектр и мощность
излучения, то вигглеры имеют разную конфигурацию магнитного
поля. Сейчас мы делаем такую установку с полем 4 Тл для
Австралии». На создание одного такого вигглера требуется от года
до полутора лет кропотливой работы. По иронии судьбы,
собрав два десятка современных вигглеров для своих иностранных
коллег, ИЯФ у себя современного мощного вигглера пока не
имеет.
К тому же два источника СИ (ВЭПП-3, ВЭПП-4М), которые
есть в Институте ядерной физики СО РАН и установка в Курчатовском
институте в Москве по современным меркам уже устарели.
Представленный проект нового источника СИ, вопреки надеждам
ученых, не вошел в список приоритетных нацпроектов, но
новосибирские физики надежды не теряют. По словам старшего
научного сотрудника Института ядерной физики, кандидата
физико-математических наук. Константина Золотарева, в скором
времени они готовы предоставить новый проект:
«Изначально проект оценивался в 5 млрд.
рублей, сейчас затраты снизили до 1,5 млрд. рублей. Мы предлагаем
рассмотреть вариант строительства новой установки в уже
существующем тоннеле и сократить, таким образом, расходы. Речь
идет о комплексе коллайдеров ВЭПП-3, ВЭПП-4М. По
проекту планируется разобрать ВЭПП -4М и на его месте построить
новую современную установку».
Пока проект находится на стадии обсуждения. Если его удастся
воплотить в жизнь, то сама уникальная структура
Новосибирского Академгородка, где на небольшой площади
сконцентрировано множество научных институтов, позволит
использовать новую установку с максимальной эффективностью. А это
в свою очередь ознаменует собой совершенно новый этап
развития отечественной науки.
Татьяна Илюшина