Одним из ключевых мероприятий VIII Международного форума технологического развития «Технопром-2021» стало обсуждение перспектив новых исследований на базе строящегося в настоящее время ЦКП «Сибирский кольцевой источник фотонов».
Специалисты из России и Европы рассмотрели СКИФ как звено инновационной цепочки в области зеленых технологий, в химической/нефтехимической индустрии и энергетике, развитие которых во многом зависит от разработки новых материалов — электродов, солнечных батарей, аккумуляторов, топливных элементов, катализаторов. Разработки в этих направлениях невозможны без экспериментальных исследований на синхротроне.
Научный руководитель Международного исследовательского института интеллектуальных материалов Южного федерального университета профессор, доктор физико-математических наук Александр Владимирович Солдатов дал обзор эволюции подходов к проведению синхротронных исследований и рассказал о взятом векторе на интеллектуализацию и цифровизацию: «Достаточно давно стало понятно, что в центре общих интересов не детальный анализ спектров на синхротронах, а получение реальных параметров, которые можно применить практически. Мы разработали метод, позволяющий получать параметры локальной трехмерной атомной структуры. Эксперименты дают гигабайты данных, которые нужно обрабатывать месяцами. Единственный возможный вариант решения этой проблемы — подключение технологии искусственного интеллекта. Мы ввели технологии машинного обучения на базе программы PyFitit, которая позволяет проводить обработку результатов непосредственно в ходе эксперимента, в том числе в режиме онлайн».
Заместитель директора Института органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН доктор химических наук Александр Юрьевич Стахеев выделил основную цель в области гетерогенного катализа на современном этапе — создание новых высокоселективных катализаторов для безотходных технологий и экологически безопасных процессов: «Необходимо научиться конструировать активные центры катализаторов на атомно-молекулярном уровне. Это означает разработку новых методов синтеза катализаторов, использование новых материалов и наноматериалов, а для этого, прежде всего, необходимо увидеть строение активных центров на уровне отдельных атомов и наноструктур на их основе. Осуществить это помогут такие современные физико-химические методы, как электронная микроскопия сверхвысокого разрешения, расчетные методы DFT и методы на основе синхротронного излучения».
Профессор структурной химии Лёвенского католического университета, кандидат химических наук Ярослав Евстафьевич Филинчук рассказал об опыте работы на швейцарско-норвежской линии на европейском синхротроне с 2006-го по 2010 год: «Взаимодействие с национальными исследователями позволяет создавать инструменты на нейтронах либо целые линии на синхротроне для обслуживания конкретных нужд определенной группы людей — стран, компаний и различных объединений. Чтобы разрабатывать протоколы требуемой сложности на данных линиях, необходимо оборудование и кадры, которые будут обрабатывать огромное количество данных. Наш опыт показывает, что упомянутая форма коллаборации особенно эффективна для таких стран, как Швейцария и Норвегия, которые имеют дополнительное окно на европейский синхротрон. Регулярное участие больших источников в результате даст синергический эффект».
С каждым годом увеличивается значение синхротронных методов, они всё чаще используются в транспортной индустрии, которая постепенно переходит на электрические двигатели. Заведующий кафедрой электрохимии химического факультета Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова член-корреспондент РАН Евгений Викторович Антипов отметил, что без анализа результатов, получаемых на синхротронных источниках, невозможно создавать электронные материалы и устройства: «Развитие рынка литий-ионных батарей показывает, что количество производимых электромобилей в мире опережает прогнозы, которые делали пять-десять лет назад. Литий-ионные аккумуляторы обладают большим электрозапасом и более высоким КПД, что позволяет осуществлять движение на большие дистанции. Исследования в области синхротронного излучения позволят создавать катодные материалы для металл-ионных аккумуляторов на основе титана».
Отдельным направлением исследований на СКИФе является получение высокоэффективных лекарственных препаратов, что отвечает актуальным задачам национальной биологической безопасности.
Научный руководитель ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН, академик Владимир Олегович Попов подчеркнул, что успехи современной структурной биологии связаны с совершенствованием источников синхротронного излучения. «Основным двигателем структурной биологии сегодня остается рентгеновская кристаллография, а ее будущее зависит от развития новых методов структурного анализа биомакромолекул, — сказал ученый. — Однако для использования синхротронных источников в Российской Федерации есть специфические проблемы. Современный синхротрон вытянет все наработки российских научных групп в течение нескольких месяцев. Для успеха СКИФа необходимо обширное сообщество пользователей, которые будут генерировать проекты и, соответственно, экспериментальные образцы. Поэтому одна из главных задач на данном этапе — подготовка квалицированных кадров».
Ведущий научный сотрудник отдела физико-химических методов исследования ФИЦ «Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН» доктор химических наук Елена Владимировна Болдырева рассказала о применении синхротронного излучения для получения новых лекарственных форм и систем целевой доставки: «Целый ряд задач решается на синхротронном излучении существенно лучше, чем в лаборатории. Это и дизайн действующего лекарственного вещества, и контроль его хиральности, и контроль полиморфизма при разработке и производстве, и контроль размера и формы частиц, а также неразрушающий контроль партий продукции, выявление подделок и нарушений. Разумеется, для всего этого необходимы молодые специалисты, и в нашем университете уже запущена программа подготовки кадров для структурных исследований».
Заведующий лабораторией биотехнологии и вирусологии факультета естественных наук Новосибирского государственного университета член-корреспондент РАН Сергей Викторович Нетёсов обратил внимание на очевидную недостаточность разработки специфических противовирусных средств лечения современными методами в России: «Мы научились разрабатывать вакцины быстро. Но у нас пока нет технологий разработки и производства мРНК-вакцин. А за ними будущее. Здесь методы определения пространственных структур вирусных ферментов должны кардинально изменить ситуацию. Поскольку это позволит перейти от перебора вариантов их ингибиторов к направленному синтезу на основе трехмерного моделирования. Так что здесь нам и понадобятся максимально возможности СКИФа».
Еще на одной секции форума «Технопром-2021», посвященной СКИФу, обсуждались перспективы в области создания и тестирования новых инженерных материалов и технологий обработки материалов.
Старший научный сотрудник Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН кандидат физико-математических наук Константин Эдуардович Купер отметил, что материаловедение с помощью синхротронного излучения развивается в ИЯФ СО РАН уже довольно давно, но СКИФ позволит практически на пять порядков поднять интенсивность СИ. Это даст возможность проводить не только статические исследования, которые доступны ученым сегодня, но и получить уже временное разрешение, что будет важным для многих экспериментов.
Заведующий лабораторией лазерных технологий Института теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН кандидат технических наук Александр Геннадьевич Маликов рассказал, что благодаря синхротронному излучению ученым удалось впервые получить алюминий-литиевые сплавы для сварочных швов, не уступающих по прочности основным материалам самолета: это позволит в перспективе отказаться от заклепочного метода в авиастроении, что приведет к значительному уменьшению массы летательных аппаратов.
Доцент кафедры материаловедения в машиностроении Новосибирского государственного технического университета доктор технических наук Иван Анатольевич Батаев рассказал об экспериментах, изучающих процессы трения с помощью СИ, которые ведутся в НГТУ. Он констатировал, что в настоящее время, к сожалению, зарубежные источники синхротронного излучения превышают по мощности отечественные, поэтому специалисты технического университета с энтузиазмом и огромным нетерпением ждут появления источника СКИФ. «Мы активно стремимся присоединиться к разработке пользовательских станций, — подчеркнул Иван Батаев. — Надеемся, что государственное финансирование станций второй очереди, к которой относится и наша, будет осуществляться также успешно, как и станций первой очереди».
«Наука в Сибири»
Фото Глеба Сегеды
