Ускорительные установки класса мегасайенс предоставляют возможность изучать и проектировать материалы на атомном уровне. Такие технологии создают фундамент для развития природоподобных технологий, сообщил президент НИЦ «Курчатовский институт» Михаил Ковальчук. Обсуждение этих тем состоялось на форуме «Исследования с применением синхротронного излучения, нейтронов и электронов». В течение четырех дней мероприятия ученые обменивались знаниями о том, как мегаустановки способствуют разработке аккумуляторов для мобильных устройств, «умных» реагентов для подземной переработки нефти, лопаток турбин авиационных двигателей и компонентов для передовой микроэлектроники.

Зачем необходимы установки класса мегасайенс

В Москве подвели итоги III Курчатовского форума «Исследования с применением синхротронного излучения, нейтронов и электронов», который проходил с 21 по 24 октября в Доме ученых имени А.П. Александрова. Форум был частью Форума природоподобных технологий, организованного Национальным исследовательским центром «Курчатовский институт».

— В России реализуется масштабная программа по созданию и обновлению передовых научных мегасайенс-установок — это сверхмощные и дорогостоящие комплексы, позволяющие исследовать и разрабатывать материалы на атомарном уровне. Они представляют собой универсальные инструменты для проведения широкого спектра высокочувствительных исследований. Применяют такие установки для изучения микроструктуры материалов, живых тканей, лекарственных молекул и прочих веществ, — рассказал на пленарной сессии президент НИЦ «Курчатовский институт» Михаил Ковальчук.

По его словам, российские специалисты занимают лидирующие позиции в мире в области разработки подобных комплексов. Благодаря им наша страна достигает стратегического превосходства в ключевых высокотехнологичных областях.

— Синхротронные и нейтронные исследования являются важнейшим инструментом для формирования научно-технологической базы биоэкономики. Эти методы позволяют детально рассмотреть устройство систем и процессов окружающего мира. А понимание механизмов функционирования живых систем открывает прямой путь к созданию природоподобных технологий, — отметил заместитель директора по проектам мегасайенс НИЦ «Курчатовский институт» Никита Марченков.

Он также пояснил, что в составе института функционирует ряд мегаустановок. Среди них «КИСИ-Курчатов» — единственный специализированный источник синхротронного излучения на постсоветском пространстве, а также самый мощный в мире научно-исследовательский реакторный комплекс «ПИК», генерирующий нейтроны. Он находится в Гатчине на базе Петербургского института ядерной физики имени Б.П. Константинова, входящего в структуру Курчатовского института.

Как исследователи применяют синхротронные и нейтронные методы

Курчатовский форум проводится ежегодно и служит площадкой для обмена опытом и объединения усилий ведущих российских ученых, применяющих мегасайенс-установки в своих исследованиях. На форуме работа была организована в десяти тематических секциях.

Участники дискуссий обсудили возможности использования рентгеновского излучения для изучения материалов с полезными свойствами и особенности структурных исследований биологических систем. Отдельная секция была посвящена вопросам экологии и химии радиоактивных веществ. Большое внимание уделялось также вычислительным методам предсказания строения и поведения веществ. Кроме того, рассматривались аппаратно-методические аспекты проведения синхротронных и нейтронных экспериментов.

— Среди достижений, которые стали возможны благодаря нашим установкам, можно выделить новые металлокерамические материалы для производства лопаток турбин авиационных двигателей — одних из самых ответственных деталей современной техники. Эти материалы эксплуатируются в условиях экстремальных температур, агрессивных химических сред, высокоскоростных потоков и вибраций. Синхротронные исследования позволили детально изучить внутреннюю структуру и добиться оптимальных характеристик. Сейчас такие материалы уже внедряются в производство авиадвигателей, — поделился Никита Марченков.

Кроме того, мегаустановки содействуют созданию катализаторов для химической промышленности, «умных» реагентов для подземной переработки нефти, компонентов для современной микроэлектроники и других высокотехнологичных разработок, добавил он.

— Наша команда исследует материалы для металл-ионных аккумуляторов, систем, где в качестве накопителей энергии используются ионы щелочных металлов, таких как литий или натрий. В процессах заряда и разряда в материале происходят структурные изменения, напрямую влияющие на свойства аккумулятора. Осознавая эти преобразования и их механизмы, мы можем воздействовать на конечные характеристики устройств и улучшать их. Именно синхротронные методы дают возможность с большой точностью изучать эти процессы, — рассказал «Известиям» один из участников форума, доцент центра энергетических технологий Сколковского института науки и технологий Станислав Федоров.

По его словам, усилия группы направлены на создание как литий-ионных аккумуляторов для инновационной портативной электроники, так и крупногабаритных натрий-ионных систем. Такие устройства могут служить резервными хранилищами энергии в линиях энергопередачи, аккумулируя запасы во время периодов низкого потребления и увеличивая отдачу в пиковые моменты, что позволит сократить потери и снизить цену электроэнергии.

Кроме секционной работы в рамках форума прошла школа молодых ученых «Современные подходы к созданию детекторных материалов». Эта школа была направлена на объединение научной молодежи для поиска решений в области разработки отечественных технологий детектирования рентгеновского и нейтронного излучений.

Форум завершился обсуждением программы развития российской мегасайенс-инфраструктуры. По указу президента РФ и под руководством НИЦ «Курчатовский институт» формируется одна из лучших в мире сетей мегаустановок в различных регионах страны. Эта уникальная научно-исследовательская инфраструктура призвана служить основой для укрепления национальной безопасности и технологической независимости России на долгие годы вперед.