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.
В Сибирском НИИ сельского хозяйства и торфа (Томск) разработали метод обработки семян культурами бактерий, которые повышают урожайность и засухоустойчивость зерновых. Микроорганизмы, способные высвобождать фосфор из почвы, томские ученые извлекают из вермикомпоста — продукта переработки дождевыми червями органических отходов (попросту — навоза). Затем бактерии выращивают в искусственных условиях, в жидкой питательной среде. Если за день до посева этой бактериальной культурой опрыскать семена, микроорганизмы колонизируют корни, и растения будут получать больше фосфора из почвы. Фосфор используется растениями для формирования белка в зерне — следовательно, урожай получится больше. Для яровой пшеницы прибавка достигает 18 %, для ячменя — около 7 %.