Как молодой ученый увлекся молибденовыми синями

У каждого молодого учено свой путь. Каким он сложится в будущем, во многом зависит от старта, от того, кто окажется рядом. Важно сделать первый шаг — свой выбор. Мы беседуем с молодым ученым Акимом Акимовым, научным сотрудником лаборатории каталитической переработки легких углеводородов ИХН СО РАН и старшим преподавателем кафедры высокомолекулярных соединений и нефтехимии ТГУ. Своим примером он показывает, как найти свое призвание и как можно успешно сочетать исследовательскую и преподавательскую деятельность.

Не просто химия

– Аким Семенович, откуда у вас интерес к химии? И почему из всех университетских городов вы выбрали именно Томск?

– Я родом из Якутии, из семьи врачей, мои родители – выпускники СибГМУ, поэтому дома у нас часто звучали рассказы о студенческом Томске, который славится своими вузами. В старших классах я колебался, что же выбрать: пойти в медицину или же изучать химию? Но победило желание получить фундаментальное образование в области химии, поэтому я и поступил в ТГУ. На четвертом курсе я получил предложение от моего наставника Ларисы Дмитриевны Стахиной выполнить практическую работу на базе лаборатории каталитической переработки легких углеводородов. Это стало для меня первой возможностью соприкоснуться с научными исследованиями.

Улыбнулась удача

– Как появилось желание заниматься наукой?

– Мне выпала редкая удача – натолкнуться на любопытное явление. Я обнаружил, что твердые частицы нитрида алюминия могут быть достаточно эффективным деэмульгатором, который необходим для разделения нефтепродуктов и воды. Это и стало отправной точкой, с которой начался мой путь в науку. На пятом курсе я занимался изучением процессов гидроочистки углеводородов от гетероорганических соединений – серы и азота. Вступивший в силу экологический стандарт Евро-5 строго регламентировал процент содержания серы в дизельных фракциях – не более одной тысячной доли процента! Объектом нашего исследования стало сырье, процентное содержание серы в котором составляло более двух процентов. Этот цикл работ продолжился в период моего обучения в аспирантуре, и в 2016 году я защитил кандидатскую диссертацию.

Знаю, как много идей и готовых разработок у ребят из наших университетов, академических институтов и высокотехнологичных компаний. Задача государства — достойно оценить этот интеллектуальный труд и вместе с бизнесом найти ему применение в реальном секторе экономики.

Сергей Жвачкин,
губернатор Томской области

Непростой выбор

– По вашему мнению, почему перспективные молодые ученые не остаются в науке и нередко уходят в другие сферы?

– Дело не только в материальной составляющей, которая, безусловно, важна, но и в том, что после защиты исследователь может испытывать состояние опустошенности: а что же дальше? Мне видятся оптимальными два варианта – расширить тему кандидатской и вскоре приступить к докторской или же найти и активно разрабатывать свое научное направление, какую-то новую малоизученную тему. Для меня таковой стала молибденовая синь – удивительное соединение, интересное с точки зрения фундаментальных исследований и их практических приложений.

– Расскажите, пожалуйста, поподробнее…

– Это удивительный класс соединений, который имеет три варианта структуры: лимон, сфера и круг. Нам удалось обнаружить новый способ синтеза молибденовой сини – так называемый твердофазный способ с использованием механоактивации, который не предполагает применения регулятора кислотности. Его новизна заключается в использовании природного соединения молибденита, благодаря чему процесс синтеза становится короче на две стадии (отпадает необходимость в подготовке и очистке молибдена). Преимуществами такого способа являются простота и низкая себестоимость: после измельчения молибденита шаровыми мельницами на его поверхности образуется тонкая пленка, абсорбирующая пары воды и образовавшиеся кислоты-молибдены. Заключительным этапом становится добавление этанола (восстановителя), после чего и происходит практически мгновенное образование молибденовой сини. Пока еще нам не удалось определить, какова структура сини, полученной новым способом: является ли она качественно новой, еще неизвестной науке, или же относится к одному из трех уже известных типов структур. Чтобы ответить на этот вопрос, нам необходимо заглянуть внутрь объекта. А это можно сделать только с помощью синхротрона, проведя целый комплекс физико-химических анализов. Поэтому очень большие надежды мы связываем с открытием центра коллективного пользования «СКИФ» в Новосибирске.

Перспективное направление

– Каково практическое применение молибденовой сини? Насколько она востребована нефтегазовой отраслью?

– Молибденовые сини относятся к весьма перспективному классу материалов. Они интересны и с теоретической, и с практической точек зрения. В числе важных свойств синей – высокая реакционная способность, монодисперсность и малый размер частиц. Эти свойства позволяют использовать молибденовые сини в широком спектре различных процессов, в том числе в процессах переработки углеводородного сырья.

– Помимо исследовательской деятельности вы преподаете на университетской кафедре базовые для нефтехимика предметы. Что бы вы посоветовали студентам, желающим связать свою жизнь с наукой?

– На каждом курсе есть ребята, обладающие хорошей подготовкой, которым интересно заниматься наукой. Следуя словам своего учителя Таисии Александровны Федущак, старшего научного сотрудника ИХН СО РАН, я бы посоветовал не бояться, не робеть, если удалось обнаружить что-то новое, еще не освещенное научной периодикой. Важно не идти проторенной дорогой, а найти свою тропинку – отстаивать свои результаты, постоянно развиваться в рамках своего научного направления.

Автор: Ольга Булгакова

Можно ли спастись от биологических угроз?

Александр Жигалин, доцент ТГУ, хорошо известен в своих кругах. Он один из немногих в РФ экспертов, занимающихся изучением летучих мышей. Сфера его научных интересов – фаунистика, экология, эпидемиология.

Александр не представлял для себя другой профессии, кроме как биолога. После школы поступил в Биологический институт ТГУ, окончил сначала бакалавриат по специальности «биология», затем магистратуру по программе «зоология позвоночных».

В 2016–2019 годах ученый совмещал работу в ТГУ и Центре гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора по Томской области, где занимался исследованием животных на наличие у них возбудителей инфекций, опасных для животных и человека, и составлением прогнозов заболеваемости. С 2020 года совмещает работу в ТГУ, Федеральном научном центре фундаментальной и трансляционной медицины и Каспийском природоохранном центре.

Важным этапом в исследовательской работе Александра Жигалина является получение им лицензии на работу с базой данных Global Biodiversity Information Facility (GBIF), аккумулирующей информацию по биоразнообразию со всего мира. Высокая степень стандартизации вносимых в GBIF данных позволяет получать доступ к огромному количеству проверенной информации. Поскольку с появлением нового вируса проблема биологической безопасности стала особо актуальной, мы решили поговорить с Александром Жигалиным о новых биологических угрозах и способах их снижения.

Тонкости формулировок

– Александр, в последнее время одним из самых глобальных вызовов для человечества стали биологические угрозы. В связи с этим много говорят и пишут о важности обеспечения биобезопасности. Что это такое и насколько реально снизить риски появления новых биологических угроз?

– Довольно долго про биобезопасность никто особенно не говорил. Обсуждались только отдельные ее аспекты, такие как эпидемиология, карантинные мероприятия, связанные с ввозом и вывозом животных и растений, и так далее. При этом проблема биобезопасности стоит перед людьми начиная с момента их появления на Земле, ведь человек всегда находится в контакте с природой, поэтому существуют риски как со стороны природы по отношению к человеку, так и наоборот. В наше время, когда люди расселились по всей планете и даже вышли за ее пределы в космос, риски многократно возрастают.

Углубленно обсуждать вопросы биобезопасности начали приблизительно с середины ХХ века, при этом четкого определения, какие аспекты включает в себя эта проб­лема, не было. Первая официальная трактовка с юридической точки зрения появилась в Картахенском протоколе, который был дополнением к Конвенции о биологическом разнообразии. В нем биобезопасность определяется как предотвращение крупномасштабной потери биологической целостности с упором на экологию и на здоровье человека.

Долгое время это было общепринятым определением, но сейчас появились новые технологии, в частности генная инженерия, синтетическая биология, о которой много говорят. Она направлена на то, чтобы человек мог сам синтезировать новые биосистемы, в том числе микроорганизмы, такими, какие ему выгодно. Есть риск того, что этот организм попадет в окружающую среду и начнется нарушение целостности экосистем. Поэтому определение биобезопасности теперь требуется расширить с учетом новых реалий.

– А что по поводу биобезопасности говорит ВОЗ?

– ВОЗ и FAO (Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН) делают акцент на балансе между развитием сельского хозяйства и сохранением окружающей среды. Они совместно разработали небольшой документ, посвященный биобезопасности.

Очень важный пункт в этом документе – это инвазивные виды, поскольку уже достаточно давно стало понятно: если вид меняет границы своего ареала, становится частью новой экосистемы, он может представлять для нее огромную опасность. Один из наглядных примеров – борщевик Сосновского, травянистое растение высотой до трех метров, при контакте вызывающее сильные, долго не заживающие ожоги.

В 1950–1960-х годах его выращивали на силос. Позже выяснилось, что как кормовая культура борщевик не представляет ценности, его перестали сажать, но растение начало распространяться без помощи человека и в некоторых регионах вышло из-под контроля. Сейчас он активно распространяется на Алтае. В Томской области тоже есть, пока, к счастью, в меньшем количестве.

Биофакторы и биориски

– Получается, что уже несколько десятилетий человек формулирует, что такое «биобезопасность», разрабатывает некие правила, но при этом люди оказались совершенно не готовы к появлению нового вида коронавируса. Как вы считаете, почему?

– Пандемия COVID-19 показала, что не только отдельные страны, но и человечество в целом довольно безалаберно относятся к вопросам биобезопасности. В конечном счете это привело к тому, что в ряде стран в прошлом году появились свои законы о биобезопасности, Россия – не исключение.

В российском законе, принятом в декабре 2020 года, существуют разного рода определения. В формулировке наших законодателей биобезопасность – это состояние защищенности населения и окружающей среды от воздействия опасных биологических факторов, при которых обеспечивается допустимый уровень биологического риска. Основная цель закона – сохранять биологический риск на достаточно низком уровне.

– А можно привести пример, каким биологическим угрозам уделено внимание в новом документе и что именно нам угрожает?

– Например, антибиотикам, противопаразитарным препаратам. Это связано с тем, что в России многие люди любят сами себе поставить диагноз, назначить лечение, и очень часто это сопровождается приемом антибиотиков. В результате на планете и в нашей стране, даже в отдельно взятых больницах есть свои штаммы бактерий, устойчивых к антибиотикам. То есть вылечить заболевания, вызванные этими штаммами, существующими антибиотиками нельзя.

Не менее абсурдным образом выглядит ситуация с использованием противопаразитарных препаратов. Это я знаю по опыту работы в Роспотребнадзоре. Человек приходит, сдает анализы, ему после исследования образцов говорят, что выявлен тот или иной вид паразитов и нужно обратиться к врачу. Человек к врачу не идет. Он заходит в Google, смотрит, что за «зверь» обнаружен, там же читает, чем это теоретически можно лечить. Не разбираясь, как долго пить препарат, в какой дозировке, приходит в аптеку, покупает лекарство и начинает самостоятельно принимать. А чтобы препарат точно сработал и с профилактикой на будущее, человек еще и продлевает самолечение в разы. Получается, что многие опасные микроорганизмы и паразиты впоследствии уничтожению этими препаратами не подлежат.

– Это истинно российская проблема?

– Это общемировая проблема, которая с каждым годом становится все острее. В Индии, которая является резервуаром многих инфекций и представляет большой интерес с точки зрения эпидемиологии, проводились масштабные исследования, посвященные лекарственной устойчивости микроорганизмов. Ввиду того что во многих населенных пунктах Индии нет полноценной канализационной системы, очень много отходов из жилых домов и больниц попадает в водоемы, в том числе в их священную реку Ганг. В этих стоках есть и антибиотики, а в реках – микроорганизмы. Их нахождение в одной среде приводит к возникновению у микробов иммунитета к антибиотикам. Именно в Индии в 2008 году был выявлен ген устойчивости к антибиотикам blaNDM-1, который, согласно недавним результатам исследований, уже добрался до Арктики. Предположительно, его доставили птицы.

Бойтесь вырубленных лесов

– Какие действия человека еще способны привести к появлению новых биологических рисков?

– Неосторожное внедрение в природу. Например, болезнь Лайма (клещевой боррелиоз), широкое распространение которой началось с Америки после того, как в пригороде Олд-Лайма стали вырубать леса. Это привело к увеличению численности грызунов, которые являются основными переносчиками клещей в том регионе. Довольно быстро инфекция начала активно распространяться в человеческой популяции.

Другой пример – возникновение крупных вспышек лихорадки Эбола. Долгое время ею болели представители небольших африканских племен, которые жили в тропических лесах, вспышки носили локальный характер. После крупномасштабной вырубки этих лесов переносчики вируса стали чаще контактировать с людьми, в том числе в крупных городах.

IT в помощь

– Человечество ждет спасения и защиты от ученых. Что нужно, чтобы прогнозировать пандемию?

– Решать такие глобальные проблемы можно только за счет системного подхода. Хотя многие эффективные подходы уже созданы. В советские годы в стране хорошо была налажена работа служб, задачей которых было недопущение эпидемий. Существовала сеть институтов и противочумных станций, которые выполняли одни и те же работы из года в год, предоставляли отчетность, которая поступала в центральные НИИ, где ее анализировали. Благодаря этому удалось остановить либо сузить распространение многих патогенов, например возбудителей малярии и чумы. Активно создавались вакцины, которые эффективны и сейчас. Но случился развал, страна перешла на новую систему, которая оказалась неэффективной. Многое было утрачено.

Если говорить о применении IT-инструментов, то ученым просто необходимо осваивать информационные технологии. На основе многолетних наблюдений, используя нейросети, различные технологии анализа больших данных, можно строить самые разные прогнозы и предвидеть, как будет развиваться ситуация при тех или иных обстоятельствах.

И обязательное условие решения проблемы биобезопасности – просвещение. С распространением информации творится что-то невообразимое. Люди, которые являются некомпетентными, но при этом чрезвычайно публичными, транслируют абсурдные вещи, в том числе про коронавирус. Например, они отрицают сам факт существования коронавируса и говорят о том, что прививка – это попытка чипирования людей. Несмотря на то что это ересь, она пагубно влияет на очень большую аудиторию. Поэтому просвещение населения – задача государственной важности.

Автор: Елена Фриц

Разработки ученого-политехника позволяют вести контроль композитов, применяемых в аэрокосмической технике

На центральных магистралях областного центра появились билборды с фотографиями молодых томских ученых: они стали участниками всероссийского марафона «Наука рядом», который проходит в рамках Года науки и технологий в РФ. Основная цель этого проекта – познакомить широкую аудиторию с перспективными исследователями инновационных разработок через цикл их лекций и экскурсий по лабораториям ведущих университетов и научных центров.

На одном из билбордов – на пересечении проспекта Фрунзе и улицы Льва Толстого – размещена информация о старшем научном сотруднике Центра промышленной томографии ТПУ кандидате технических наук Арсении Чулкове.

Видеть невидимое

Молодой ученый занимается исследованиями в области теплового неразрушающего контроля под руководством профессора Вавилова. Ученик Владимира Платоновича Арсений Чулков предложил новый способ контроля композиционных материалов и автоматизированного обнаружения дефектов. Разработанные им роботизированный дефектоскоп и алгоритм на базе нейронных сетей значительно повышают производительность неразрушающих испытаний и снижают вероятность пропуска дефектов.

– Сегодня композиционные материалы широко применяются в аэрокосмической технике благодаря их высокой прочности при относительно низкой массе, что позволяет создавать, например, такие конструкции крыла, которые были бы неэффективными при использовании алюминия. Однако при всех их преимуществах композитам присущи специ­фические дефекты, например ударные повреждения. При этом даже незначительные дефекты могут стать большой проблемой. Вот поэтому нужны эффективные методы обнаружения дефектов на различных стадиях производства и эксплуатации материалов и изделий из композитов. Тепловой метод контроля хорошо для этого подходит в силу своих физических принципов, – объясняет старший научный сотрудник Центра промышленной томографии ТПУ Арсений Чулков.

По мнению молодого исследователя, использование роботизированной аппаратуры позволяет с высокой производительностью и повторяемостью проводить испытания, что особенно актуально при контроле крупногабаритных изделий и деталей сложной формы. – А алгоритм, разработанный на базе нейронных сетей, снижает вероятность пропуска истинных дефектов в материалах, а также выявления ложных дефектов, – продолжает ученый. – Сейчас алгоритм автоматизированного обнаружения скрытых дефектов и определения их параметров проходит лабораторные испытания и готовится к практическому использованию, в частности, на тепловом дефектоскопе, переданном нашему индустриальному партнеру.

В феврале текущего года за разработку метода и аппаратуры теплового неразрушающего контроля композиционных материалов и изделий авиационного, космического и ракетного профиля с использованием роботизированной техники и искусственного интеллекта Арсений Чулков получил национальную премию «Надежда России». Столь престижную награду присуждает Российский союз научных и инженерных общественных объединений (РосСНИО) за высокие достижения пятерке лучших молодых ученых страны в инженерной деятельности по итогам года. Старший научный сотрудник ТПУ стал победителем в номинации «Транспортные и космические системы».

По проторенному пути

Арсений Чулков родился в самом русском городе Казахстана – Лениногорске, нынешнем Риддере. За университетским дипломом выпускник физико-математического лицея отправился в Томск по пути, уже проложенному его родителями и старшим братом. В студенческой столице он поступил на электрофизический факультет ТПУ. С учебой у парня не возникало проблем. На третьем курсе, когда предстояло определяться с темой бакалаврской работы, он выбрал группу профессора Вавилова, которая занималась тепловыми методами контроля.

– Меня взяли на полставки техника, и с 2010 года я стал штатным сотрудником лаборатории теплового контроля, – вспоминает первый опыт работы в научной сфере Арсений.

В этом коллективе он прошел путь от техника до старшего научного сотрудника. Все началось с того, что один из крупнейших заказчиков – Центральный аэродинамический институт им. Н. Е. Жуковского – поставил политехникам большое количество образцов композиционных материалов с ударными повреждениями, и томичам предстояло определить влияние энергии удара на изменения теплофизических характеристик материала, то есть насколько он деградирует от подобных повреждений. Работа была кропотливой – предстояло проанализировать более 200 образцов. Причем по каждому нужно было провести по четыре эксперимента, а в общей сложности выходило более тысячи. После их завершения предстояла еще обработка результатов. Всю эту кропотливую работу поручили аспиранту Чулкову. Общительный по своей натуре молодой человек понял, что может просто утонуть в череде экспериментов, поэтому подключил к ним студентов. Итог совместного труда показал значительную разницу в получаемых результатах – налицо вылез пресловутый человеческий фактор.

– После этого я собрал несколько человек, которые имеют прямое отношение к тепловому контролю, и тех, кто никогда с этой темой не сталкивался. Всем раздал результаты контроля десяти образцов и попросил выполнить одну и ту же процедуру обработки данных. В итоге увидел достаточно большой разброс в показаниях. С этим нужно было что-то делать, вот тогда я и предложил одно из решений своему руководителю, и Владимир Платонович дал добро на дальнейшее исследование, – рассказывает Арсений. – По моему запросу наш программист Денис Нестерук сделал специальный алгоритм, мы начали его опробовать, дорабатывать, и нам удалось существенно снизить разброс данных. После одной из моих зарубежных стажировок я предложил метод обучения искусственных нейронных сетей, с помощью которого мы автоматизировали процедуру обнаружения дефектов и повысили ее повторяемость. И это был уже второй этап работы в рамках моего первого гранта РНФ. Во втором гранте РНФ я сделал акцент на разработку роботизированной аппаратуры теплового контроля, чтобы снизить влияние человеческого фактора не только при обработке данных, но и при их получении.

Лазейка в сети

Справедливости ради стоит сказать, что ранее проводимые эксперименты с нейронными сетями и у нас в России, и за рубежом не принесли ученым особых результатов. Но, утверждает Арсений Чулков, тогда был использован несколько другой подход.

– Например, зарубежные коллеги определяют наличие дефекта по изображению, для чего необходимо проанализировать огромное количество этих изображений и к тому же определить, как выглядит дефект, – поясняет ученый. – Это похоже в чем-то на распознавание объекта на фотографиях. А наш подход основан на анализе динамики температуры: в каждом пикселе изображений теплового поля объекта контроля можно построить график температуры и проанализировать, как она изменяется во времени. Поскольку температура дефектных и бездефектных зон изменяется по-разному, это легло в основу разработки алгоритма обучения нейронной сети, который доказал свою эффективность. Мы смогли в автоматизированном режиме обнаруживать дефекты и, более того, определять их параметры, например, если в материале имеется расслоение, то можно определить, на какой глубине оно расположено.

Командная работа

Несмотря на молодость, в научной копилке Арсения Чулкова два гранта РНФ, грант РФФИ и стипендии президента РФ. Кроме них на счету исследователя множество других достижений. Самой первой и потому памятной стала победа в конкурсе «У.М.Н.И.К.» за разработку теплового дефектоскопа для контроля коррозии. Потом были престижные награды в конкурсе разработок молодых ученых U-NOVUS в Томске, всероссийском конкурсе «Золотые имена высшей школы», авторитетная премия от РосСНИО и, наконец, нагрудный знак «Молодой ученый» от Минобрнауки.

Конечно, за этими наградами стоит напряженный труд как самого исследователя, так и его коллег. В научной группе под руководством профессора Вавилова идеально сочетаются мудрость и опыт маститых ученых со смелостью идей молодежи.

– У нас в команде подобраны сильные специалисты, с некоторыми я работаю особенно плотно. А в исследования в рамках гранта РФФИ вообще вся группа вовлечена, – констатирует Чулков. – Да, порой приходится нелегко, ведь нужно еще находить время на семью.

У молодого отца подрастают два малыша. И пусть 1,5-годовалому Роману пока хватает маминой любви и заботы, а вот пятилетнему Демиду мужское воспитание, конечно же, необходимо.

– Демид у нас любитель богатырей, он ходит на карате, уже завоевал две золотые медали на соревнованиях. Такой боевой мальчишка растет, – с удовольствием рассказывает о наследнике молодой отец.

Пока Чулков-старший не задумывается над тем, по какому пути пойдут его сыновья. Но утверждает, что от науки отговаривать точно не будет – уж слишком интересное это занятие. Правда, для этого нужны специфические черты характера. Какие?

– Однозначно, трудолюбие, упорство – порой результат не сразу проявляется, к нему нужно идти и идти, используя различные подходы. Ну и, конечно, необходимы живой интерес, доля творчества и полет мысли, – отвечает Арсений.

По его мнению, в научной работе важен еще один фактор – свобода выбора направления исследований.

– Если говорить про наш тепловой неразрушающий контроль, то исследователь может выбрать, на что сделать акцент: сейчас у нас есть множество идей как по разработке новых дефектоскопов, так и по разработке методов контроля. Когда приходит светлая идея, заряжаешь ею коллег и сам с головой погружаешься в работу, – поясняет ученый.

Арсений Чулков мечтает о том, чтобы научные достижения молодых исследователей были не просто отмечены наградами, а чтобы они активно внедрялись в производство, тем самым приносили реальную пользу стране и миру. Например, чтобы люди летали на надежных самолетах.

Автор: Татьяна Александрова

Научные поиски талантливого томича

Одна из особенностей науки в том, что у многих интересных и перспективных научных разработок очень часто юное лицо. Возможно, у молодых ученых еще нет интуиции и большого опыта (дело это наживное), но есть энергия, жажда поиска и амбициозные цели. Все это вместе плюс настойчивость и терпение дают многообещающий результат.

И все-таки она скользкая!

Не так давно материаловеды ТГУ разработали новый способ получения самосмазывающейся керамики с повышенной твердостью и аномально низким коэффициентом трения. Это технология синтеза отечественного аналога «скользкой» керамики. В полученных образцах 97% соединения AlMgB14 и 3% примесей, твердость полученного сплава – 32 гигапаскаля, что не хуже, чем у лучших зарубежных аналогов. Применение полученного материала имеет огромное значение везде, где необходимо снизить издержки трения: этот материал поможет сделать менее шумной и более долговечной работу приборов и механизмов в массе отраслей производства: от бурения подземных недр до аэрокосмической техники.

Инициатор проекта – заведующий лабораторией нанотехнологий металлургии ТГУ кандидат технических наук Илья Жуков.

Есть классические истории, когда ученые что-либо открывают, делая это первыми, идя по непроторенной дорожке, но есть случаи, когда исследователи, по сути фантазеры с детскими глазами, смотрят на некий объект с интересными свойствами, видят его по-другому, предлагая свои гипотезы и отработку их правильности.

О работе с керамикой молодой человек говорит скромно: «Это простая история». На одном из совещаний с представителями ВПК было озвучено, что некоторые соединения перспективны, но их никто не делает, а они были бы важны в определенных узлах различных изделий.

– На мой взгляд, ничего в этом сложного не было. Попробовали, предложили новые методы. Получилось лучше, дешевле, чем зарубежные аналоги. Первые в мире, вторые в Сибири, – шутит, широко улыбаясь, Илья Жуков.

Но если по сути, то была выполнена сложнейшая исследовательская работа, имеющая огромные перспективы.

Подшипники – слабое звено любого устройства: они быстро изнашиваются, и тогда весь механизм выходит из строя. Но если использовать «скользкую» керамику, то подшипник будет работать чуть ли не вечно – выдерживать большие нагрузки, повышенные обороты вала и не требовать смазки. В жанре фантастики это звучало бы как победа над трением.

Керамика для таких подшипников делается на основе порошков алюминия, магния и бора (AlMgB14). Материал был известен и до томичей – результаты его испытаний несколько лет назад были опубликованы за рубежом. Они были очень многообещающими: керамика обладала высокой твердостью (32 гигапаскаля, это треть от эталонного алмаза) и при этом сверхнизким коэффициентом трения (до 0,02), то есть сама по себе была «скользкой». Но процесс получения «скользкой» керамики весьма дорог и трудоемок.

– Самый простой подход – взять по отдельности все компоненты: по одной части алюминия и магния, 14 частей бора и смешать, – поясняет ученый. – Чем мельче, тем лучше, и чем чище, тем лучше. Но чистый мелкодисперсный порошковый алюминий стоит очень дорого, купить его трудно. С порошковым магнием тоже непросто – он возгорается на воздухе, то есть с ним работать тяжело из-за большой взрывоопасности. Чистый бор сам по себе дорогой: стоимость одного килограмма – от 50 тысяч рублей, а на исследованиях он просто улетает.

Талант – парадоксов друг

И томские материаловеды предложили оригинальный способ, удивительный в своей простоте.

– Мы придумали, что алюминий и магний можно сплавить (слитками они стоят недорого), а уже потом механически размолоть в защитной атмосфере (в аргоне – чтобы кислорода не было). Присыпать бором и далее для формирования материала использовать классические методы порошковой металлургии – прессование, спекание и так далее.

– Успех томичей был высоко оценен. Ведущие журналы по материаловедению – Materials Today Communication и Ceramics International, – говорит Илья Жуков, демонстрируя один из них, – с удовольствием приняли статьи о данных исследованиях, потому что никто таких подходов раньше не использовал. Надо еще учесть и повышенный уровень требований к качеству работы у зарубежных изданий.

В настоящее время разработка томичей из разряда фундаментальных исследований перешла в практическую плоскость.

Есть к керамической теме интерес у кораблестроителей, в аэрокосмической отрасли и в медицине. Достаточно вспомнить аппараты ИВЛ (все знают эту аббревиатуру). Там керамические подшипники жизненно необходимы: кислород и масляная смазка обычных подшипников могут вступить в контакт, и тогда до беды недалеко.

Сила династии

Сегодня Илья Александрович – признанный ученый в своей сфере: стажировки в ведущих мировых центрах, контакты с коллегами многих стран, серьезные гранты, многочисленные конференции и награды, одна из которых – медаль «За заслуги перед ТГУ». Но судьба могла пойти по другой дороге, не менее достойной, но другой.

Первоначально интереса к научной работе у молодого человека не было. Среднюю школу Илья окончил в Томске. Необычную, из генерации учебных учреждений, порожденных свободой педагогического творчества 1990-х годов. Она так и называлась – «Наша школа». В принципе, особых изюминок не было, за исключением малого количества учеников. Но фундамент заложила.

– У меня были все четверки по предметам и лишь по физике – «отлично», – улыбается Илья Александрович. – Это была заслуга и учителей физики и математики.

Неплохая база знаний точных наук помогла поступить на физтех ТГУ и… пойти по стопам родителей. Отец – доктор физико-математических наук, завлабораторией высокоэнергетических систем и новых технологий ТГУ, мама – преподаватель. Семейная династия продолжилась, о чем он говорит с удовольствием. Только по окончании ФТФ Илья не думал углубляться в научные дали.

– Почему-то душа не лежала (улыбается). Но особых вариантов, что делать дальше, не было. Поступив в аспирантуру, сразу попал в живую творческую атмосферу интересного поиска и в конечном итоге увлекся. Зацепило, – поясняет Илья. – И это заслуга моего руководителя – научного сотрудника Института физики прочности СО РАН. Мне повезло: я попал к доктору наук Светлане Петровне Буяковой. Ею были поставлены четкие, интересные задачи, и жажда новых знаний увлекла. Так началось мое развитие как ученого.

Университет, аспирантура заложили другие основные базовые принципы научного поиска: как сформулировать цель, поставить задачу – для чего, зачем и почему.

Сделать то, чего еще нет

– Есть ли у ученого азарт? – размышляет материаловед. – Если не говорить о высоком предназначении, а приземлиться, то повседневная работа исследователя во многом рутинна и однообразна. Опыт и эксперимент требуют повторений, проверок, а это совсем не напоминает дорогу, усеянную открытиями. Лишь изредка возникают интересные зависимости, сложные эффекты, и тогда появляется желание на уровне глубинного озарения поставить амбициозную цель. В случае со «скользкой» керамикой: с точки зрения свойств материала ничего особенного нет, но когда получаешь эти свойства и физические зависимости, их обосновывающие, то просыпается азарт, который подстегивает к получению новых результатов. Последующая публикация результатов работы в рейтинговом журнале, принятая в сообществе, добавила уверенности, что так и есть, а сделанные выводы – не фантазии, а реальность.

Кстати, в обширном списке опубликованных статей кандидата наук Ильи Жукова есть работы из разных сфер – от материаловедения до металлургии. Что же составляет основной интерес?

– У ученых многозадачность в современной ситуации – это условие поддержания оптимального тонуса: есть задачи, которые ставят промышленники, а есть фундаментальные проблемы. Конечно, идеально было бы расти в одном направлении, но есть некоторые нюансы. С одной стороны, если копаться в одном и том же, то это быстро надоедает молодой энергетике (улыбается), а с другой стороны, прагматический момент, или материальная составляющая жизни, – научному коллективу нужно зарабатывать. В этом смысле сложные задачи от производства как два в одном: и прибыльно, и интересно в плане новых результатов.

Одно из перспективных исследований, в том числе с практической точки зрения, – это повышение прочности металлических изделий за счет введения в расплав тугоплавких (с температурой плавления до 2 тыс. градусов) наночастиц. Они могут повышать прочность на 50% от исходного параметра и при этом увеличивать пластичность металла. Часть подходов уже отработана в НПЦ «Полюс». На эту технологию есть запрос у промышленности, ученые в коллаборации с коллегами начали работать с одним из автоконцернов.

Современная наука в части материаловедения объективно достигла серьезных высот. Новые материалы, которые по законам сингулярности (взрывного роста) приходят в нашу жизнь, восхищают своими фантастическими свойствами, делая в конечном итоге жизнь людей более комфортной. Но более всего поиск новых свойств материалов от пытливых умов ученых в тишине лабораторий открывает путь в будущее.

И так хотелось бы, соглашаясь с героем очерка, чтобы исследовательские работы и находки получали как можно больше практического воплощения. Приближая этим завтрашний день.

Автор: Анатолий Алексеев

Как на основе математических расчетов можно предотвратить возникновение пожаров

После теплых выходных возвращаясь на работу, коллеги частенько интересуются друг у друга: «Шашлык-то был?» И, как правило, слышат утвердительный ответ. Хотя во многих регионах страны введен противопожарный режим, а значит, разжигать костры и готовить шашлык запрещено.

Дракон против пожаров

Ежегодно в мире огненный фронт накрывает площадь, равную десяти территориям Германии. Если переложить эти масштабы на мерки нашего Оте­чества, получится пятая часть страны. Чаще всего пожары возникают в результате неосторожного обращения с огнем, поджога или природных аномалий. Для того чтобы предотвращать подобные катастрофы, ученые со всего мира изучают самые разные параметры распространения пожаров.

– Этим занимается и наша научная группа с помощью математического моделирования и реального физического эксперимента, – рассказывает заведующий лабораторией механико-математического факультета ТГУ кандидат физико-математических наук Денис Касымов. – Мы работаем, начиная с мелких тестов в лаборатории и заканчивая крупными полевыми «экспедициями с огоньком».

Исследователи ТГУ плотно сотрудничают с коллегами из Франции, Португалии, Австралии, США, где проблема лесных пожаров стоит наиболее остро. Семь лет назад, будучи аспирантом, Денис участвовал в крупном международном эксперименте, который проводился в одном из американских штатов. У каждой из стран были свои задачи, а ученых из России интересовало, какие же частицы образуются в результате настоящего крупного пожара. Исследователям выделили участок размером в 6 га, который был буквально напичкан датчиками и спецоборудованием.

– Мы практически подготовились к началу работ, как внезапно в США пошел снег: если в марте снег для России норма, то для Северной Америки это стало полной неожиданностью, – вспоминает Денис. – И все-таки мы провели свой эксперимент, получив в итоге немало информации, в частности, выяснили, что за частицы образуются в результате пожаров. Дело в том, что во время крупного лесного пожара лес начинает в буквальном смысле слова трещать. А горящие фрагменты веток, листьев, коры, шишек поднимаются вверх и воздушными слоями могут переноситься на расстояние до нескольких километров и там уже инициировать новый очаг горения, угрожая всему живому.

По словам молодого ученого, нечто подобное они наблюдали и в своих экспериментах в США: за счет горящих частиц пожар в нижнем ярусе леса в буквальном смысле слова разрастался и прокладывал себе дорогу дальше.

– С помощью специальной методики мы разработали своего рода ловушки, чтобы частица с минимальными потерями могла там осесть и сохраниться до проведения эксперимента. Потом мы их собрали, опознали, измерили, получив информацию о том, какие именно частицы образуются в лесу. В нашем случае это были частицы коры и веточек сосны, – поясняет Денис. – Имея на руках такие данные, мы можем смоделировать пятнистые пожары, а для этих целей «вырастили» настоящего «дракона» – генератор горящих и тлеющих частиц. Эту установку по заказу нашего университета изготовили в Институте оптики атмосферы СО РАН. На ее основе реально смоделировать один из поражающих факторов при лесном пожаре, а именно – «огненный дождь» разной интенсивности. А дальше приступить к решению ряда научных задач.

Прежде всего изучить процесс генерации частиц – как именно частицы образуются во время пожара.

Вторая задача – исследование переноса частиц в потоке. Для этого ученые используют специальные инфракрасные камеры, а также оригинальные методы машинного обучения и компьютерного зрения.

И третья задача направлена на исследование взаимодействия частиц после их перелета. Это может быть новый очаг горения в лесу или воспламенение какого-то строения.

– Так или иначе, мы касаемся всех этих задач: первой – меньше, второй и третьей – больше, – поясняет исследователь. – Разработкой программного комплекса по детектированию частиц на тепловом изображении мы занимались в рамках гранта РФФИ в 2018–2020 годах (в 2018-м Денис Касымов победил в конкурсе президентских грантов по поддержке молодых ученых в номинации «Технические и инженерные науки». – Прим. ред.). Задача по третьей части – взаимодействие потока горящих и тлеющих частиц, например, с напочвенным покровом – решается непосредственно сегодня при активной поддержке государства.

В прошлом году молодой разработчик приступил к реализации нового проекта за № 20‑71‑10068, который выполняется в рамках гранта Российского научного фонда.

Второй этап исследования намечен на август. В это время ученые планируют использовать установку на полигоне Института оптики атмосферы СО РАН.

В результате выполнения этого проекта будут получены новые фундаментальные знания о возникновении и распространении природных пожаров в результате воздействия потока горящих частиц. Эти данные позволят в будущем разработать математические модели нового поколения, учитывающие механизм переноса фронта горения потоком горящих частиц и фрагментов растительности, в результате чего значительно возрастает скорость распространения пожара и образуются так называемые пятнистые пожары.

При выполнении проекта будут получены условия и тепловые характеристики зажигания конструкционных материалов из древесины и пластиковых облицовочных панелей в результате воздействия потока горящих частиц. Полученные с помощью методов термографии и математического моделирования результаты внесут дополнительный вклад в развитие теории горения, в частности тлеющего и пламенного горения некоторых видов конструкционных материалов при различных тепловых воздействиях, что в свою очередь позволит сформулировать научно обоснованные требования к пожароопасным материалам.

Метрика для тлеющей частицы

– Мы работаем с высоченными температурами – более тысячи градусов по Цельсию, и здесь наша установка имеет уникальные характеристики, – продолжает Денис. – Генератор требует соблюдения повышенных правил пожарной безопасности, поэтому мы работаем в большой аэрозольной камере Института оптики атмосферы.

Кроме того, чтобы детально зафиксировать частицы, ученые иногда работают в полной темноте. Все эти эксперименты они снимают на инфракрасные камеры, отслеживая перенос частиц, чтобы разобраться, какой сценарий пожара качественно и количественно наиболее опасный.

По его словам, в основе исследования лежат математические законы, разного рода метрики, по которым ученые и определяют эти частицы. Кроме того, необходимы знания геометрической оптики, языков программирования и алгоритмов компьютерного зрения. В совокупности все это позволяет ученым оценить, какую опасность таят в себе частицы в зависимости от интенсивности пожара. В целом такие исследования ложатся в основу методических рекомендаций для противопожарного устройства как на лесной территории, так и в местах отдыха.

Как заметил Денис Касымов, порой даже одной частицы хватает для возникновения пожара. Он за то, чтобы люди зажигали, но только в переносном смысле. А если уж пришлось зажечь по-настоящему, то с соблюдением всех правил пожарной безопасности.

На острие науки

Денис Касымов родом из Бийска и совсем не из среды ученых. Его вливание в науку произошло на третьем курсе механико-математического факультета ТГУ, когда у будущих механиков начались занятия по моделированию и прогнозу катастроф. Тема зацепила студента. Он узнал, что на факультете создано научное направление, связанное с исследованием экологических катастроф, в том числе и лесных пожаров.

– На тот момент мне это показалось очень интересным. А еще я познакомился с профессором Гришиным и узнал, что именно он является родоначальником этого направления и в России, и в мире. Я пошел к нему сначала с курсовой работой и написанием диплома, а потом меня пригласили в аспирантуру, – вспоминает Денис Петрович, который сегодня уже сам читает студентам курс по моделированию и прогнозу катастроф.

К своим 30 он достиг небывалых высот в научной деятельности, имея три официальные должности в ТГУ: заведующего учебной лабораторией, доцента механико-математического факультета и доцента Биологического института ТГУ. А еще Денис Касымов является заместителем декана по научной работе и куратором по научной деятельности.

Кроме того, он занимает должность старшего научного сотрудника лаборатории прогнозирования состояния атмосферы в Институте оптики атмосферы СО РАН.

По словам молодого ученого, на такую бурную деятельность в научной среде у него уходит около 12 часов в сутки. Вписавшись в столь стремительный формат жизни, он все-таки оставил один-единственный день – воскресенье – для жены и четырехлетней дочки.

Широкую известность и узнаваемость молодому ученому принесло участие в международных конференциях, а также победа в научной битве Science Slam – 2019 в Томске. В этом году Дениса Касымова пригласили прочитать часовую лекцию в «Точке кипения» в рамках Года науки и технологий. Впереди – участие во Всероссийском форуме ТИМ «Бирюса», который пройдет в июле в Красноярске. И конечно же, новые исследования.

Автор: Татьяна Абрамова
Фото: Евгений Тамбовцев

Научный поиск во имя милосердия

Врачи-исследователи из НИИ кардиологии Томского национального исследовательского медицинского центра РАН разработали стратегию защиты органов от повреждения с помощью новой методики. Технология позволяет снизить риск возникновения почечных осложнений и дисфункции миокарда после оперативного вмешательства. Один из авторов разработки – молодой томский ученый анестезиолог-реаниматолог Николай Каменщиков.

Средство от осложнений

В чем суть методики? В последние годы произошел значительный прогресс в кардиохирургии, сложные операции применяются все чаще, но повреждения миокарда и почек по-прежнему остаются серьезными и частыми их осложнениями. Чтобы защитить пациента, томские ученые предложили применять экзогенный оксид азота для снижения операционного стресса и модернизировали аппарат искусственного кровообращения таким образом, чтобы оксид азота попадал в системный кровоток, соответственно, ко всем органам и тканям.

Применение метода позволяет снизить частоту острого почечного повреждения, тяжесть субклинического повреждения почек, а также способствует улучшению функционального статуса органов («Наука в Сибири»).

– Главное, что технология является хорошо контролируемой и безопасной, ее применение не сопровождается значимым повышением токсических метаболитов и другими клиническими побочными эффектами, – подчеркнул старший научный сотрудник, врач анестезиолог-реаниматолог высшей категории отделения сердечно-сосудистой хирургии Томского НИМЦ кандидат медицинских наук Николай Каменщиков.

Медик от рождения

Удивительное, но привычное для Томска качество, когда наш вечно юный город в постоянном поиске нового содержания жизни перманентно прирастает молодой талантливой порослью. Безостановочно. В этом залог и глубокий смысл обновления, роста и гарантия движения в будущее. Но прежде сам Томск становится притягательной силой для молодежи, которая видит в Сибирских Афинах наилучший вариант для начала и развития своей жизненной карьеры. Именно так произошло с Николаем Каменщиковым. Родом он c Забайкальского края, из Краснокаменска – есть такой небольшой городок, известный своими залежами природного урана. В гимназии № 9 он учился в химико-биологическом классе. Потому что хотел быть врачом. И не мудрено, ведь рос в семье медиков: родители – врачи, бабушка – медсестра.

– Эта среда меня формировала с младых ногтей, – улыбается доктор. – Было привычным, что мама-терапевт брала меня на дежурства, так что атмосфера больницы, разговоры домашних о болезнях и пациентах, внезапные вызовы родителей были обычным фоном жизни с детства.

Даже мальчишеская романтика и та у Николая была с медицинским уклоном.

– У Вениамина Каверина, автора романа «Два капитана», есть книга об изобретателях советского пенициллина – «Открытая книга». Прочитав ее от корки до корки, понял, что место подвигу есть не только у летчиков и моряков, но и у врачей. Потом попалась книжка про Флеминга (британский микробиолог, открывший пенициллин. – Прим. ред.), знаете (оживляется), встретилась даже такая точка зрения, что открытие второго фронта затягивалось из-за отсутствия пенициллина. Возможно, миф, но в любом случае миллионы жизней спасло это лекарство!

Вот так и отложилось: медицина способна влиять на мировой ход истории. Труд ученого-медика (или, как в случае с пенициллином, группы исследователей) способен изменить жизнь стран и людей. Кстати, я побывал в Оксфорде, замкнул свою спираль истории (улыбается) и увидел, что написанное в книгах не выдумано, оно реально, а принцип «Бороться и искать, найти и не сдаваться» из строчек поэта (Альфреда Теннисона. – Прим. ред.) будет востребован, пока жива жажда открытий и побед.

Потому вопрос о профессии был решенным делом. Правда, выбор городов с мединститутами был широчайший – Чита, Иркутск, Хабаровск, Красноярск. Но еще в школе решил, что учиться будет в СибГМУ: престижно, потому что в негласной табели о рангах у медиков среди всех сибирских вузов он по праву считается ведущим. Собственно, Томск был ему знаком: в Северске жили родственники, и здесь довелось побывать в гостях.

– Еще штрих для полной картины, – добавляет доктор. – Знаете, тогда поразили мемориальные таблички на главном корпусе мед­университета. Я эти фамилии с детства слышал: корифеи науки Бурденко, Курлов, Кулябко – это легендарные люди, которых знает весь медицинский мир.

Так ведь и судьба подсуетилась: в Краснокаменске в тот год томский медицинский университет проводил выездные экзамены. Так что, не выезжая из родных пенат, осознанно стал томским студентом.

Кардиохирургия с техникой

Постигать науки было тяжело, особенно первые три курса. Корпеть пришлось нешуточно, интересных предметов и направлений множество, но выбор специализации сложился тоже с большой долей детских впечатлений. Рассказы о своей работе отца, врача-анестезиолога, сыграли свою роль. Буквально с первых курсов более всего нравились предметы, связанные с этой сферой: биохимия, фармакология, физиология, клиническая патофизиология, причем с акцентом на то, как это все в организме работает на молекулярном уровне.

С третьего курса Николай целенаправленно пошел в студенческий кружок сердечно-сосудистой хирургии.

– Но мне была интересна не сама эта специальность, а то, что вокруг нее, – поясняет Каменщиков, – а миссию подсмотрел у Майкла Дебейки – светила мировой медицины. Когда его спросили однажды, что помогло ему стать великим хирургом, он ответил: «Я велик настолько, насколько мне позволяет анестезиолог».

Позднее из огромного списка прочитанных книг о хирургии и хирургах он вынес четкое понимание, что эволюция профессии анестезиолога идет семимильными шагами и связана исключительно с разработкой и внедрением методов обеспечения операций. Искусственное кровообращение, вентиляция легких, временная остановка сердца – эти части работы в операционной исключительно обеспечиваются ультрасовременным, передовым научным и технологическим инструментарием.

Так в процессе постижения тайн медицины к студенту Каменщикову пришел азарт исследователя. С четвертого курса под руководством Юрия Подоксенова Николай стал участвовать в реальных разработках метода гипоксического прекондиционирования (тренировка кислородным голоданием на короткие отрезки перед длительным периодом гипоксии). Для формирования собственной аналитической и практической базы плотно работал с пациентами. К пятому курсу имел определенные результаты, с которыми успешно выступал на студенческих конференциях. К слову сказать, сейчас в научном багаже Николая Олеговича десятки докладов на престижных медицинских конференциях в Чикаго, Копенгагене, Лондоне, Берлине, Женеве… В списке практических разработок – полезная модель (техническое решение) и полтора десятка изобретений, созданных вместе с коллегами и соратниками из НИИ кардиологии.

За формулами и материалами – эффективные способы и технологии операционной защиты пациентов. Пациенты, особенно преклонного возраста, как правило, коморбидны, то есть имеют букет патологий, и особенно уязвимы при операционном вмешательстве, которое тоже имеет свои издержки: боль, кровопотери, изменение физиологических констант. От этих неожиданных последствий необходима защита: хирург может блестяще сделать свою работу – протезировать клапан, выполнить реконструкцию аорты, но в итоге это может не только не повысить качество жизни пациента, но и ухудшить его состояние. Не секрет, что даже в лучших клиниках мира сохраняется от 3 до 5% летальности после операций. Поэтому анестезия (с греческого – бесчувствие) в кардиохирургии применяется не только для того, чтобы не было больно и боязно, но и как широкий процесс защиты органов и систем. И сделано в этой области уже немало.

Дело жизни

Что касается уровня разработок, то ученый не скрывает гордости:

– Мы на острие и много вкладываем в новации. По нашей тематике в мире три точки роста – Томск, Гарвард, подтягивается Китай. У нас пока самый большой опыт, в том числе мы в лидерах по числу опубликованных работ.

В медицине, как нигде, важна фигура учителя, четкой преемственности, когда из рук в руки по крупице передаются традиции и знания, добытые в клиниках и лабораториях.

Своим учителем молодой ученый считает Юрия Подоксенова, который работал еще с Викентием Викентьевичем Пекарским – основателем томской школы кардиохирургов. В числе старших коллег – профессор Владимир Шипулин, руководитель отделения доктор меднаук Борис Козлов.

Из многолетнего общения с мастистыми специалистами молодой ученый вынес еще один принцип: кардиохирургия – это не просто работа, это образ жизни, а коль скоро это так, то врач и ученый должны органично совмещаться в одном лице. Клиническая работа в кардиохирургии без науки просто невозможна.

– Экстренная работа анестезиолога-реаниматолога похожа на работу военного летчика в воздушном бою: реакция должна быть мгновенной. А плановая операция похожа на работу гражданского летчика. Все подготовлено и спланировано, но нештатная ситуация может случиться в любой момент, – делится доктор. – Конечно, есть инструкции, их надо досконально знать, уметь выполнить в ситуации серьезного напряжения при дефиците времени. И учиться, учиться и не сдаваться.

В том числе отдыхать и обязательно быть в семье: два любимых сына требуют внимания. Но обязательно улучить минутку для чтения томика Виктора Пелевина (разгружает мозг, знаете ли) и для мышечного тонуса поработать с боксерской грушей, потому что этому виду спорта верен еще со школы.

Уже в самом конце беседы, глянув на вызов телефона, доктор Каменщиков извинился, что должен срочно идти по неотложным делам: работа.

Рассказав о любимом деле, коллегах и убеждениях, из скромности молодой ученый умолчал, что широкое внедрение технологии томских ученых может ежегодно сэкономить до 1 млрд долларов для системы здравоохранения РФ за счет снижения затрат на лечение осложнений в сердечно-сосудистой хирургии.

Автор: Анатолий Алексеев

Молодой ученый преодолел путь от школьного кружка до кандидатской диссертации за шесть лет

Невыносимая легкость

Григорий Мамонтов учился в обычной колпашевской школе и увлекался математикой. А еще химией, биологией, экономикой, экологией. Как все мальчишки, проводил эксперименты: плавил свинец, поджигал серные головки, наблюдал, как шипит карбид кальция в воде. В старших классах Григорий начал ходить в меж­школьный кружок по олимпиадной химии, который вела Татьяна Маклакова, учитель в Колпашеве известный и заслуженный. Тогда и пришло понимание, что математике химия не помеха, а наоборот, поле для экспериментов.

Родители выбор сына поддержали. Химический факультет ТГУ? Отлично, тем более что старшая сестра уже училась в Томске на биологическом факультете.

Как победитель областных и окружных олимпиад Мамонтов мог поступить без экзаменов в Новосибирский университет, в Томский политехнический, но в 2005 году выбрал первый университет в Сибири. На первых курсах случился и первый экзистенциальный кризис: учиться было легко, даже забавно, а хотелось сложностей, развития, больших серьезных задач. Оставалось время и на типично студенческие шалости: длинные волосы, тусовки на Южной, рок-группа.

Все изменилось, когда пришел на кафедру физической и коллоидной химии к профессору, доктору химических наук Ольге Владимировне Водянкиной. Там все было, как Григорий любит: сложные задачи, большая работа, гранты, публикации, конференции, лабораторные исследования. После защиты магистерского диплома уже через девять месяцев была готова кандидатская диссертация «Особенности формирования активной поверхности нанесенных серебряных катализаторов окисления спиртов и CO».

– По сути, у меня даже аспирантуры не было, – смеется Григорий в модную почти профессорскую бородку. – Только зачислили – и сразу защита. В 23 года я стал кандидатом химических наук и руководителем большого проекта «Разработка алюмохромовых катализаторов дегидрирования С4-С5 парафинов в стационарном слое». Это был грант Правительства РФ, 43,5 миллиона рублей, моя первая большая многофункциональная команда и первая большая ответственность.

К возрасту Христа у Мамонтова на финишной прямой докторская диссертация и руководство двумя десятками проектов в лаборатории каталитических исследований.

Передний край

Один из перспективных проектов – новый полифункциональный материал, сочетающий свойства сорбента и катализатора. Разработка химиков поможет решать экологические проблемы: новый катализатор способен улавливать и нейтрализовывать толуол, бензол, метанол и другие опасные вещества промышленных сбросов и выхлопных газов автотранспорта. Фундаментальные основы создания катализаторов для улучшения экологии ученые представили в обзорной статье, которую опубликовал один из самых престижных мировых журналов в области катализа Applied Catalysis B: Environmental (Q1).

Ученым удалось подобрать комбинацию Ag-CeO2/SBA-15 (оксид кремния с упорядоченной структурой), которая не содержит дорогостоящих металлов (платины, палладия и золота), но при этом позволяет решать проблему улавливания и последующей нейтрализации вредных веществ намного эффективнее. Эти конкурентные преимущества расширяют возможности использования нового материала для решения проблемы выброса вредных веществ в воздух.

– Особенно актуальна эта проб­лема при так называемом холодном старте двигателя автомобиля, когда в окружающую среду выделяется наибольшее количество опасных веществ, – объясняет руководитель проекта старший научный сотрудник ЛКИ ХФ Григорий Мамонтов. – Наш материал позволяет улавливать эти соединения при температуре окружающей среды, а затем нейтрализовать до безопасных веществ при последующем прогреве каталитического блока автомобиля до 150–250 °C. Этот подход может быть использован и для очистки промышленных сбросовых газов от летучих органических соединений. Катализаторы, разрабатываемые в ходе фундаментальных исследований, можно будет адаптировать под конкретную практическую задачу по очистке воздуха.

Стоит отметить, что грязный воздух все чаще приводит к развитию респираторных, инфекционных, сердечно-сосудистых заболеваний и многих других патологий у детей и взрослых. Использование новых технологий и продуктов, создаваемых учеными, способно значительно сократить количество загрязняющих веществ в атмосфере и уменьшить их негативное влияние на окружающую среду и здоровье человека.

Химики ТГУ создают катализаторы для самых разных целей. Например, в настоящее время на ХФ идет работа над созданием нового класса каталитических материалов – фотокатализаторов, использующих солнечный свет. Их применение выгодно экономически, поскольку не требует высоких температур и давления, так как они работают под действием света. Фотокатализаторы могут стать основой для разработки новых подходов в энергосберегающей и экологически безопасной энергетике, переработке углекислого газа и углеводородного сырья в ценные органические соединения, необходимые для химической, фармацевтической, пищевой и других отраслей промышленности.

Философия химии

– Химия может всё? – спрашиваю у Григория.

– Химия может многое, – задумывается Мамонтов, – но именно это порождает особую ответственность ученых за свои действия. Наши технологии и разработки должны быть максимально безопасны и экологичны. Во многих странах мира, в том же Китае, ужесточилось экологическое законодательство, а в России для предприятий химической промышленности экологическая чистота пока не требование, а пожелание, знак доброй воли руководителей и собственников предприятий. Многомиллиардный штраф «Норильскому никелю» за аварийное загрязнение окружающей среды – это скорее прецедент, чем правило. Большинство отечественных предприятий пока совершают регламентированные сбросы химических отходов: мы сбрасываем и мы же платим за ущерб, нанесенный природе. Задача химиков – минимизировать этот ущерб. А что касается всемогущества химиков, то я рассказываю студентам о биомиметике. Это направление в науке, когда мы пытаемся повторить в лабораторных и промышленных условиях процессы, которые работают в природе. Тот же фотосинтез, который происходит в природе в самых обычных условиях, мы пока повторить не можем. Нам пока нужны повышенная температура, давление, особые условия.

Создание особых условий всегда дорого обходится производству.

– Большинство каталитических процессов сегодня реализуются в промышленности при повышенных температуре и давлении. Для обеспечения высокой активности и селективности катализаторов используются дорогостоящие компоненты – золото, платина, палладий, – говорит Григорий Мамонтов. – Одними из ключевых вызовов, стоящих перед химиками, являются снижение содержания или полный отказ от дорогостоящих благородных металлов в катализаторах и дальнейшее смягчение условий протекания каталитических процессов. В идеале катализатор должен работать при атмосферном давлении и комнатной температуре, при этом его селективность желательно довести до 100%, как это реализуется в живых организмах.

Мамонтов с сожалением констатирует, что за лихие девяностые Россия отстала от передовых фундаментальных исследований в химии лет на 10‑15. Догнать мировую науку по всем фронтам быстро не получится. Именно поэтому сейчас идет концентрация российских химиков на самых актуальных направлениях. Экология – как раз такое направление, и тут как раз оказалось, что школьные увлечения биологией и экономикой не прошли бесследно.

– Фотокаталитические селективные процессы могут стать основой для разработки новых подходов в энергосберегающей и экологически безопасной энергетике, переработке углеводородного сырья в ценные органические соединения, необходимые для химической, фармацевтической, пищевой и других отраслей промышленности.

Будущий доктор химических наук, а в настоящем отец двух сыновей 6 и 8 лет убежден, что нынешние дети благодаря науке будут жить дольше и счастливее, чем мы. В этом и заключается ответственная позиция ученого.

Автор: Андрей Остров