Китай. Огромная сеть дорог. Десятки миллионов грузовиков мчатся, чтобы доставить товар потребителю… Дороги в Китае хорошие и по большей части платные, тариф зависит от типа груза: на перевозку продуктов он меньше, металла – больше. Проблема пробок на многих КПП решается с помощью томских бетатронов – досмотровые комплексы на их основе просвечивают 150 грузовиков в час. «ТН» рассказывают, как покоряла международный рынок одна из первых томских инновационных разработок.
Коллайдер в миниатюре
Бетатроны – это самые маленькие (из существующих) ускорители частиц, образующие вторичные рентгеновские лучи. Большой адронный коллайдер в миниатюре. Рентгеновское излучение – этакое «всевидящее око», оно может просвечивать что угодно: от человеческого организма до стали толщиной в десятки сантиметров. Первый бетатрон запустили в томском политехе в 1947 году во многом благодаря стараниям тогдашнего ректора Александра Воробьева, активно развивавшего в институте электрофизику. Про хозрасчет никто тогда не думал: ускорители разрабатывались для сложных научных экспериментов по исследованию свойств материалов. Первая коммерческая продажа случилась примерно через 10 лет – предприятию, занимавшемуся производством твердого ракетного топлива. Оборонный комплекс – стабильный потребитель всех новых технологий того времени.
– Если внутри ракетного топлива появился какой-то дефект, раковина, то горение становится неровным и может перейти во взрыв. Поэтому производителю важно было проверять однородность топлива, прочность корпусов, – рассказывает о первом заказчике заведующий лабораторией малогабаритных бетатронов Института неразрушающего контроля ТПУ Михаил Штейн. – Именно для неразрушающего контроля (посмотреть вглубь объекта, не разрушая его) использовались первые бетатроны. Бетатрон не является конечным изделием, но он как источник излучения – важнейшая часть системы.
Это очень сложная вещь: большие бетатроны делались год, маленькие собирались минимум месяц.
– Основная проблема все эти годы – увеличение мощности рентгеновского излучения, – продолжает Михаил Штейн. – Если сейчас мы производим бетатроны с выходом 5–10 рентген в минуту, то первый бетатрон давал всего 18 рентген в час. То есть раньше требовалось довольно много времени, чтобы просветить металл толщиной 80–100 мм, а сейчас можно быстро увидеть, что скрывается за 350-миллиметровой сталью. Те, кто занимался бетатронами, учитывали развитие техники и пытались все эти новшества использовать. И, конечно, все они болели за идею.
Михаил Михайлович присоединился к команде в 1959 году, когда студентом перешел на кафедру промышленной электроники. Себя он относит к четвертой генерации бетатронщиков и уже имеет своих учеников – пятую генерацию (к ней причисляется и его сын Александр Штейн). Почти 60 лет Михаил работает с рентгеновским излучением и по этому поводу шутит: «Рентген в маленьких дозах даже полезен! Есть такой способ – предпосевного облучения семян небольшой дозой. Они тогда становятся более активными».
Насквозь вижу
В 2000 году на томских бетатронщиков вышел лидер мирового производства рентгеновских систем контроля – немецкая компания Smith Heimann GmbH. Ее представители искали технологии, которые позволили бы ускорить процесс проверки, и заказали в ТПУ маленький ускоритель. Понравилось. Следом взяли сразу 100 штук. Сарафанное радио работает даже в высокотехнологичном и наукоемком бизнесе – конкуренты немцев, увидев эффективность систем с «сердцем» из Сибири, тоже захотели попробовать. Борьба с терроризмом, начавшаяся после терактов в Америке в 2001 году, дала дополнительный толчок развитию системам досмотра человека, транспорта, багажа.
– Сейчас основная область применения бетатронов – именно инспекционно-досмотровые комплексы (ИДК). За рубежом они используются в основном пограничными и таможенными службами (например, на границе Малайзии и Сингапура, Казахстана и Китая) при досмотре крупногабаритного транспорта. Только в Великобританию за последние пять лет мы поставили более 200 бетатронов, – рассказывает директор Института неразрушающего контроля ТПУ Валерий Бориков. – Первые же отечественные ИДК для большегрузных автомобилей мы разработали совместно с Московским институтом радиоэлектроники и автоматики. Они использовались в аэропорту Сочи во время проведения зимней Олимпиады 2014 года и отработали очень хорошо, без сбоев. Позже их перевезли в Керчь и теперь применяют для проверки строительных грузов, которые поставляются для возведения Крымского моста.
– Это важно с точки зрения антитеррористической безопасности, – добавляет Михаил Штейн. – Как Ахмата Кадырова убили? При строительстве стадиона заранее заложили в бетонный блок взрывчатку. И когда там был праздник, на который приехал Кадыров, взорвали.
Функция неразрушающего контроля пусть и не так популярна, как на заре коммерческой истории бетатронов, но до сих пор востребована: для дефектоскопии идет примерно 15% производимых бетатронов. Самый большой спрос на них в Индии: там бурно развивается крупное машиностроение, предприятиям необходимо определять дефекты в литье. Еще одна важная область применения – медицинская. Томичи участвовали в создании установки для британского госпиталя и для челябинского онкодиспансера. Суть работы в следующем: во время операции по удалению раковой опухоли в ее ложе концентрируется заведомо большая доза рентгеновского излучения, и «недорезанные» раковые клетки умирают. Тем самым исключается возможность рецидива.
Король рынка
Мощность бетатронов все время растет. Например, последняя модель Small Size Electron Accelerator рассчитана на энергию 7 мегаэлектронвольт (SEA-7). По мощности он в два раза превосходит своих предшественников, потребляя при этом такое же количество энергии. Блок питания SEA-7 весит порядка 30 кг, это в два с лишним раза меньше, чем в предыдущей модели. Первые три усиленных и облегченных бетатрона уже работают на литейных производствах в Индии, Великобритании и Индонезии. Одно из этих предприятий занимается контролем отливок арматуры высокого давления для нефтегазопроводов
Есть рынок – есть конкуренция. Альтернатива бетатронам в основном линейные ускорители. Мощность у них больше, но они и в разы дороже. Ускоритель «линейника» может стоить около 400 тыс. долларов, а источник излучения в сочинском ИДК обошелся в 140 тыс. долларов. Техника на основе томских бетатронов мобильна, проста в обслуживании и экономична: маленький досмотровый комплекс потребляет энергии как пара чайников – около 4 киловатт.
– Если нужны мобильные системы – это бетатроны. Если стационарные – это линейные ускорители, – поясняет Валерий Бориков. – Бетатроны никто в мире больше не делает, ТПУ – единственный производитель. Но это не значит, что мы, расслабившись в отсутствие конкуренции, сидим и вручную паяем образцы 1950-х годов. В двух наших специализированных лабораториях работают 27 человек, они постоянно развивают технологию. Кстати, обе лаборатории хозрасчетные: получают то, что заработали, поэтому заинтересованы, чтобы потребитель был доволен. Сейчас делаем бетатроны с дуальной энергией. Они позволяют идентифицировать объекты, определяя тип вещества по атомному числу и формируя цветное изображение (органика – зеленый, металл – синий). Далее – заказчик просит не просто дуальную энергию, а возможность регулировать дозу излучения, чтобы водитель не страдал при сканировании. Так что поле для творчества бесконечное! Работа с габаритами в будушем позволит отправлять бетатроны в космос. Можно экспериментировать с другими типами излучения – нейтронного, позитронного. Нейтроны, скажем, имеют большую проникающую способность, что позволит рассматривать большие объекты. Или уходить в измерение наноструктур.
Бетатрон как ребенок, он все время растет и развивается, овладевает новыми функциями.
Томские родители могут им гордиться.
Гиромагнитные генераторы сверхмощных радиоимпульсов излучают электронные импульсы с определенными характеристиками. А значит и свойствами. По словам сотрудника Института сильноточной электроники ТНЦ СО РАН доктора физико-математических наук Ильи Романенко, основных назначений у его детища пока два. Первое – воздействие на различные электронные компоненты. Это может быть использовано для обезвреживания, приостановки деятельности потенциально опасных приборов или любой другой электроники: с помощью нового генератора можно заставить компьютерный процессор «зависнуть». Или блокировать самодельное взрывное устройство. Или остановить автомобиль.
Роботизированная платформа повышенной проходимости «Дистанционно управляемая система (ДУС)», ласково называемая создателями ДУСя, произвела фурор среди силовиков на осенней 
В буквальном смысле смотреть сквозь стены умеет стеновизор «Радиодозор», разработанный учеными РФФ ТГУ. Он определяет местоположение и траекторию движения людей, анализируя их перемещение и дыхание с использованием сверхширокополосного излучения. Установку можно применять при ликвидации угрозы терроризма, освобождении заложников, поиске людей под завалами и т.д. «Радиодозор» дешевле израильского аналога «Xaver 400» в пять раз, а по сравнению с отечественными моделями более функционален – сквозь преграду он способен показать не только наличие человека в помещении, но и его местоположение с точностью до 10 см. Действие «Радиодозора» лично опробовал и высоко оценил директор Федеральной службы войск национальной гвардии РФ генерал армии Виктор Золотов, выразивший желание иметь это чудо техники на вооружении. Правда, для этого нужно сделать его более компактным. Поэтому сейчас радиофизики работают над «похудением» прибора. Он уже уменьшился в два раза – с 1,5 м до 80 см в длину. Весит сейчас 7 кг, а его дальность действия составляет 7 м. Усовершенствование продолжается: в ближайшие полгода планируется еще уменьшить габариты и увеличить дальность действия до 20–40 метров.
Бронебойные пули не страшны автомобилю «Тайфун» благодаря сверхпрочной бронеплитке, изобретенной в ТПУ. Первая партия нового транспорта повышенной прочности поступила в войска для опытной эксплуатации в конце 2014 года. Он предназначен для перевозки личного состава. Когда-нибудь счет спасенных политехниками жизней пойдет на сотни: томичи помогли создать защиту, более пулестойкую при ударах с близкого расстояния, более прочную на пробой, чем та, что использовалась в машинах такого типа раньше.
Практически плащ-невидимку удалось создать группе ученых СФТИ. Они разработали материал, позволяющий объекту максимально сливаться с окружающей средой в инфракрасном спектральном диапазоне. Маскирующий эффект обеспечивается за счет особой структуры камуфляжа: его отражательная способность подстраивается под любой фон. Это можно использовать при изготовлении спецодежды для охотников или военных. Как поясняет один из разработчиков, сотрудник лаборатории распространения оптических волн СФТИ ТГУ Владимир Харенков, обычно камуфляжные материалы обеспечивают маскирующие свойства в видимой части спектра электромагнитного излучения. Но в живой природе и в технике не менее широко представлены объекты инфракрасного излучения. Для того чтобы скрыть их, к примеру, от средств тепловидения, необходимо приблизить излучение объекта к фоновому излучению окружающей среды, то есть обеспечить минимальный контраст между объектом и средой. Томичам удалось достичь этого за счет особой трехслойной структуры камуфляжа. Его внутренний слой выполнен из теплоизоляционного материала и обеспечивает снижение теплового излучения объекта (Pyrogel ХT), промежуточный – из материала, обладающего охлаждающими свойствами, внешний – из материала ФПА (фильтр Петрянова ацетилцеллюлозный) с включением наночастиц. Именно последний слой обеспечивает необходимый минимальный контраст. Термостойкость верхнего слоя составляет 150°С.
Благодаря радиолокационному датчику нового поколения, созданному в ТУСУРе, можно создать высокоточные и при этом компактные радары. Такие датчики совместно с данными видеокамер позволят обеспечить полностью автономное управление транспортным средством в любых погодных условиях и в любое время суток. Эта разработка перспективна для систем автоматического управления автомобилем и беспилотным летательным аппаратом.
Если обычные металлоискатели, как правило, требуют настройки на объект, то селективный индукционный металлоискатель ученых СФТИ ТГУ осуществляет поиск произвольного объекта и дифференцирует его. Прибор обнаруживает и точно определяет металлические и металлсодержащие объекты во всех средах, включая грунт, а также любой багаж, воду, биологические объекты. При этом он способен определять количество и тип обнаруженного металла. Детище томских физиков отличается эргономичностью, имеет малый вес – около 2 кг – и удобную конструкцию. Тяжелая часть находится в отдельном корпусе и размещается на теле оператора, благодаря чему его руки не испытывают большой нагрузки. Это позволяет увеличить время работы с привычных 30-50 минут до 4-6 часов. Немаловажно, что себестоимость металлоискателя почти в пять раз меньше, чем у импортных устройств подобного назначения.
В условиях боевых действий обеспечить качественную связь штаба с подразделениями – важное дело. С ним великолепно справляется многоцелевой мобильный комплекс связи «МИК-МКС» от компании «Микран». Он представляет собой четырехосный «КамАЗ» с 32-метровой мачтой. Длина в рабочем положении – почти 12 метров. Комплекс предназначен для быстрого развертывания ретрансляционной точки цифровой радиорелейной линии связи и сетей широкополосного беспроводного доступа. Он обеспечивает построение многоинтервальных линий и сетей связи с передачей цифровой информации на скоростях от 5 до 155 Мбит/с одновременно в четырех направлениях и сетей широполосного беспроводного доступа емкостью до 200 абонентов со скоростью передачи данных до 37 Мбит/с. Развертывается эта махина всего за 15-20 минут экипажем из двух человек. Безотказно работает в сложной помеховой обстановке и в самых сложных метеоусловиях, на любой местности и в любой геоклиматической зоне. «МИК-МКС» выдержит ветер до 30 м/с, жару 55 градусов и мороз –50.
3D-платформа «UNIGINE» от одноименной томской компании помогает создавать виртуальную реальность, да с таким качеством изображения, что ландшафт не отличишь от настоящего.
