Новости РНФ

Опубликованы комментарии РНФ по вопросам целевого использования средств грантов

3 часа 5[2] минут ago
 На сайте РНФ можно ознакомиться с документом "Комментарии по вопросам целевого использования средств грантов Российского научного фонда".

В документе, размещенном в разделе "Вопросы и ответы", находятся ответы на распространенные вопросы грантополучателей по теме целевого использования финансовых средств, сопровожденные комментариями Фонда и примерами. 

Рекомендуем грантополучателям внимательно ознакомиться с документом.

 

Дата публикации: 20 ноября 2017 метки:  Новости Фонда
maria

Тайны холодных глубин. Арктическая история томского политеха в деталях

4 часа 42 минуты ago
 В программе избранного президента РАН академика Александра Сергеева были четко сформулированы проблемы, препятствующие гармоничному развитию фундаментальных и прикладных исследований, что с неизбежностью приводит к торможению реализации Стратегии научно-технологического развития России. Для выхода из кризисного состояния науки в стране предлагается решить ряд первоочередных задач, важнейшими из которых являются возрождение программы интеграции высшей школы и академической науки, а также активизация деятельности по восстановлению позиций российской науки в мире. В этом контексте показателен пример создания Международного арктического сибирского научного центра (International Arctic Siberian Scientific Center, IASSC) на научно-технологической и образовательной платформе Томского политехнического университета (ТПУ). 

Началась “арктическая” история ТПУ в 2014 году с того, что научная группа во главе с членом-корреспондентом РАН Игорем Семилетовым получила грант Правительства РФ на проведение научных исследований по теме “Сибирский арктический шельф как источник парниковых газов планетарной значимости (количественная оценка потоков и выявления возможных экономических и климатических последствий деградации подводной мерзлоты”). Для осуществления проекта была создана Международная научно-образовательная лаборатория изучения углерода арктических морей (МНОЛ УАМ). О том, что удалось сделать за неполные четыре года этому уникальному научному подразделению, рассказал член-корреспондент РАН профессор ТПУ Игорь СЕМИЛЕТОВ.

Сотрудники МНОЛ УАМ подготовили и провели целый ряд комплексных экспедиций в арктических морях России, включая научное колонковое бурение с припайного льда моря Лаптевых. Благодаря этим исследованиям удалось выявить основные процессы, ответственные за дисбаланс в цикле углерода, приводящие к эмиссии парниковых газов в атмосферу, кроме того, впервые оценить влияние деградации подводной мерзлоты на массированный выброс метана из донных осадков Восточно-Сибирского шельфа на климат и экологическую ситуацию.

В 2015 году научная группа под руководством профессора ТПУ Натальи Шаховой выиграла грант Российского научного фонда, направленный на исследование “Динамики транспорта и трансформации углерода в арктической системе “суша шельф атмосфера” в условиях глобального потепления и деградации мерзлоты”. Это позволило выполнить две полномасштабные комплексные экспедиции в крупнейших сибирских реках - Оби (маршрут - 6 тыс. км) и Лене (маршрут - 2 тыс. км), что необходимо для сравнительной оценки роли вклада морских и наземных экосистем, в атмосферную эмиссию основных парниковых газов, двуокиси углерода и метана, в условиях деградации мерзлоты,

За неполные 4 года результаты исследований сибирских ученых были опубликованы в 70 статьях в ведущих международных журналах, включая Biogeosciences, Climate in Past, Cryosphere, Deep-Sea Research, J.Geophysical Research, Geophysical Research Letters, Global Biogeochemical Cycles, Marine Chemistry, Nature Communications, Nature Geoscience, Permafrost Periglacial Processes, Philosophical Transactions of the Royal Society,  Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), “Доклады РАН” и других. Этим работам предшествовал ряд публикаций в Science, “Докладах Академии наук”, “Вестнике Российской академии наук”, Geophysical Research Letters, Journal Marine Sciences, в которых была высказана гипотеза о том, что аномалии содержания метана в водной толще и приводном слое атмосферы свидетельствуют о значительной деградации подводной мерзлоты, которая ранее считалась сплошной. Именно эти работы привлекли внимание мирового сообщества к изучению подводной мерзлоты как фактора геологического контроля массированного выброса метана из донных отложений Восточно-Сибирского шельфа (ВСШ) в водную толщу--атмосферу. Кроме того, были выявлены и исследованы основные процессы, ответственные за транспорт и трансформацию углерода, включенного в современный биогеохимический цикл в арктической системе “суша - шельф” за счет расконсервации гигантского пула углерода мерзлоты, который деградирует в результате потепления климата. Отметим, что при условии образования глубоких таликов (кровля подводной мерзлоты глубже 100 метров) неизбежна дестабилизации пула газовых гидратов донных осадков ВСШ, что может привести к многократному увеличению концентрации метана в атмосфере и труднопредсказуемым климатическим последствиям. Вопрос о реалистичности этого сценария в ближайшем будущем остается открытым и требует проведения крупномасштабных комплексных морских исследований на акватории ВСШ, которые должны быть синхронизированы с самолетными и аэрокосмическими исследованиями. 

За короткий срок Томский политех стал международным центром комплексных исследований Сибирского арктического шельфа. Произошло это благодаря эффективной интеграции интеллектуального и материально-технического потенциала университета и лаборатории арктических исследований Тихоокеанского океанологического института им. В.И.Ильичева Дальневосточного отделения РАН (ТОИ ДВО РАН) в рамках деятельности Международной научно-образовательной лаборатории изучения углерода арктических морей. Свою роль сыграло и активное участие в налаживании работы лаборатории ведущих ученых РАН из Института океанологии им. П.П.Ширшова (группа член--корреспондента РАН Л.Лобковского и профессора Е.Романкевича), МГУ им. М.В.Ломоносова (группа, созданная Н.Романовским, крупнейшим в мире специалистом по изучению мерзлоты), Института физики атмосферы им. А.Обухова, Института химии ДВО РАН.

Крупный резонанс в мире получили результаты национальных (2015--2017 гг.) и международных (2014 г.) экспедиционных исследований в морях Восточной Арктики, организованных и выполненных в рамках сотрудничества ТПУ и ТОИ ДВО РАН, а также партнеров из Швеции (Стокгольмский университет, Гетеборгский университет), Нидерландов (Утрехтский университет, Свободный университет Амстердама), Великобритании (Манчестерский университет), США (Университет Аляска, Фэрбанкс) и Италии (Болонский университет). Так, например, впервые при изучении Северного Ледовитого океана в 2014 году (90 суток на борту научного ледокола “Оден”) и в 2016 году (45 суток, научно-исследовательское судно “Академик М.В.Лаврентьев”) были проведены полномасштабные комплексные биогеохимические, геофизические, метеорологические и геологические исследования на ВСШ - самом мелководном и широком шельфе Мирового океана. А также в водосборах крупнейших сибирских рек - Оби (2016 г.) и Лены (2017 г.). 

Вот некоторые из полученных результатов прорывного характера, ведущие к пересмотру сложившихся парадигм. 

Так, например, величина пузырькового переноса из донных отложений ВСШ в водную толщу изменяется на пять порядков (от 10--3 до 102 граммов с квадратного метра в сутки) в зависимости от состояния подводной мерзлоты.

Консервативная оценка выброса метана с акватории ВСШ, основанная на многолетних наблюдениях, составляет около 17 миллионов тонн в год. Это примерно в два раза выше величины, предложенной Межправительственной группой экспертов по изменению климата (IPCC) для всего Мирового океана. Причем в данную оценку не входят массированные выбросы метана в районах мегафакелов, когда их струя в поперечнике больше 1000 метров. 

В последние 30 лет скорости вертикальной деградации подводной мерзлоты удвоились по сравнению с предыдущими столетиями и достигли величины 18 см в год, что на порядок выше ранее принятых IPCC оценок.

В ходе экспедиций в ряде районов Восточно-Сибирского шельфа было обнаружено заглубление кровли подводной мерзлоты в зону стабильности гидратов. Пространственно это коррелирует с наличием массированных выбросов пузырькового метана. 

Удалось доказать, что мелкозалегающий акустический рефлектор, широко распространенный в донных осадках арктических морей, объясняется существованием газового (метанового) фронта, а не является кровлей подводной мерзлоты, как было принято считать ранее. Газовый фронт движется к поверхности осадков со скоростью до пяти-семи метров в год, что приводит к массированному выбросу пузырькового метана в воду.

На основе многолетних исследований полного изотопного состава метана водной толщи и донных осадков ВСШ показан смешанный генезис метана с преобладанием биогенной компоненты. Причем диапазон изменчивости стабильных изотопов и радиоуглерода метана значительно выходит за пределы ранее известной изменчивости. 

Ожидаемый результат о плейстоценовом возрасте метана в ВСШ в целом подтвердился. Однако в ряде проб осадков и воды был обнаружен супермолодой радиоуглеродный возраст метана, что свидетельствует либо о стоке подмерзлотных грунтовых вод из районов многочисленных подземных ядерных взрывов в северной Якутии с последующей разгрузкой на акватории ВСШ - либо о существовании природного ядерного реактора (аналог Окло во французском Габоне) на больших глубинах. 

Благодаря проведенным исследованиям впервые в морях Северного Ледовитого океана удалось обнаружить и оценить радиометрическими, гидрологическими и электромагнитными методами разгрузку подмерзлотных грунтовых вод. 

Был выявлен ранее неизвестный механизм подкисления (асидификации) вод ВСШ за счет окисления эрозионного органического вещества и речного эффекта разбавления вод, а не за счет поглощения атмосферной избыточной двуокиси углерода, как во всем Мировом океане. 

Экстремальная асидификация вод ВСШ приводит к угнетению бентосных организмов (макробентос - основной корм для моржей, которые составляют значительную часть диеты белых медведей) и уже зашкаливает модельные предсказания, сделанные международными экспертами на конец XXI века.

Полученные результаты являются основанием для уточнения и возможного пересмотра отдельных положений современной геологии, особенно в части уточнения процессов вертикальной миграции газожидкостных флюидов в сейсмотектонически активных районах арктических морей, а также потенциальной роли арктических морей России в повышении содержания атмосферного метана и дальнейшем потеплении климата. Результаты многолетних исследований, направленных на выявление характерных биогеохимических особенностей в морях Восточной Арктики, могут стать основанием для создания концепции экологической безопасности по маршруту Северного морского пути. 

Новые знания о состоянии подводной мерзлоты, особенно в контексте дестабилизации гидратов и массированных прорывов глубинного флюида, могут быть критически важны для предупреждения аварий, которые случаются при разведке и эксплуатации углеводородных ресурсов российского арктического шельфа, а также при прокладке оптоволоконного кабеля в рамках Евразийской кооперации под эгидой России и Китая.

Начиная с 2018 года, планируется организация ежегодных трансарктических экспедиций на флагмане научно-исследовательского флота РАН научно-исследовательском судне “Академик Мстислав Келдыш” по маршруту Архангельск Владивосток и Владивосток Архангельск с выполнением комплексных и междисциплинарных исследований учеными РАН и высшей школы. Этот план уже предварительно согласован на уровне вице-президентов академии и ряда членов бюро Президиума РАН. Научно-технологическая платформа ТПУ должна сыграть важную роль в возрождении интеграции высшей школы и академической науки в области исследования арктического шельфа России.

Будущей весной в Стокгольме должен состояться очередной симпозиум, посвященный развитию сотрудничества в рамках Международного арктического сибирского научного центра (IASSC). Участие в нем примут ведущие ученые семи стран: России, Швеции, Нидерландов, Великобритании, Италии, Германии и США. Все это будет способствовать развитию взаимовыгодного международного сотрудничества и закреплению лидирующей роли российских ученых в области исследования Арктики. 

Статьи и список публикаций доступны на сайте http://news.tpu.ru/actual/2017/10/10/27735/.

Дата публикации: 20 ноября 2017 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

МГУ: "наступление" лесов на торфяники ускорит глобальное потепление

4 часа 50[2] минут ago
 Ученые из МГУ, ряда других российских вузов и их зарубежные коллеги выяснили, что зарастание торфяных болот лесами способствует повышению среднегодовых температур и ускоряет глобальное потепление, говорится в статье, опубликованной в журнале Science of the Total Environment. Работа поддержана грантом РНФ.

"Полученные данные позволяют заключить, что залесение болот снижает способность торфяников к накоплению углерода, способствуя формированию более теплого и сухого климата. Вероятно, в будущем потепление климата изменит растительный состав торфяников, что в конечном итоге отрицательно скажется на способности торфяных болот удалять из атмосферы углекислый газ", – рассказывает Юрий Мазей, профессор МГУ, чьи слова приводит пресс-служба Российского научного фонда.

Торфяные пожары стали одной из главных проблем для человечества в последние годы, что особенно ярко проявляется во время волн жары и других экстремальных погодных явлений. За последние годы подобные пожары происходили на территории Гренландии, Подмосковья и Индонезии, и только в последней, по текущим оценкам ученых, они могли унести жизни примерно 100 тысяч человек.

По этой причине власти многих стран, в том числе и России, серьезно рассматривают возможность затопления торфа или засадки его лесом для того, чтобы избежать подобных проблем в будущем. С другой стороны, торфяные болота являются сегодня одним из главных поглотителей углекислоты на суше — на их долю приходится более 40% запасов углерода, и их уничтожение может ускорить глобальное потепление.

Профессор Мазей и его коллеги попытались оценить последствия подобной трансформации, изучая свойства нескольких торфяных болот и заболоченных лесов на юго-западе Ханты-Мансийского автономного округа. Для этого ученые проанализировали то, как менялись экосистемы лесов и торфяников в последние несколько тысяч лет, и как эти изменения влияли на климат в этих регионах Сибири и на скорость формирования отложений органики.

Эти наблюдения раскрыли интересную закономерность – в периоды потепления климата, похожие по силе на современные изменения, торфяные болота Западной Сибири постепенно начинали зарастать лесами и становились более сухими. Эти изменения резко меняли не только флору, но и набор микробов, живущих в почве, что очень сильно отражалось на ее способности сохранять в себе отложения органики.

Подобные сдвиги в работе экосистем приводили к сразу нескольким последствиям. Бывшие торфяные болота не только начинали медленнее изымать углекислоту из атмосферы, способствуя ее накоплению в воздухе, но и становились теплее сами по себе за счет их осушения и изменения структуры почвы, что еще больше ускоряло их зарастание лесами.

Аналогичные изменения, как считают ученые, могут ожидать Землю в будущем, когда климата планеты станет еще более теплым. Этот фактор, по их мнению, нужно учитывать при подготовке климатических прогнозов и разработке мер по сдерживанию глобального потепления.

Дата публикации: 20 ноября 2017 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

Отбить атаку. Российские ученые предлагают способы борьбы с опасными недугами

4 часа 56[2] минут ago
 Собственный иммунитет человека не всегда проявляет заботу об организме. Иногда он может его атаковать. В этом случае возникают аутоиммунные заболевания, связанные с нарушением работы иммунной системы. О том, что может противопоставить наука этим недугам, ученые рассказали в ходе II междисциплинарной конференции “Аутоиммунные и иммунодефицитные заболевания”, состоявшейся на ВДНХ. В рамках отдельной сессии “Российский научный ландшафт в области изучения аутоиммунных и иммунодефицитных заболеваний” ведущие научные группы, занимающиеся изучением профильных проблем, представили результаты исследований, выполненных по грантам РНФ. 

Сегодня в мире насчитывается около сотни аутоиммунных заболеваний. Наиболее распространены ревматоидный артрит, аутоиммунный тиреоидит, болезнь Грейвса, рассеянный склероз, болезнь Крона, васкулиты, системная красная волчанка, псориаз, сахарный диабет 1 типа, которые поражают самые разные органы и системы человеческого организма. В последние годы наблюдается всплеск такого рода заболеваний в развитых странах мира, причем наиболее подвержены им женщины, в том числе детородного возраста, что, по мнению специалистов, является серьезным вызовом для современной медицинской науки. Об этом говорили участники сессии РНФ - крупные российские ученые, исследования которых связаны с изучением аутоиммунных и иммунодефицитных заболеваний: научный руководитель ФГБНУ “НИИ ревматологии им. В.А.Насоновой” академик Евгений Насонов, ректор ФГБОУ ВО “РНИМУ им. Н.И.Пирогова” академик Сергей Лукьянов, директор ФБГУН “Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н.Ореховича” академик РАН Андрей Лисица. На сессии были представлены десять докладов ведущих научных групп, занимающихся изучением иммунитета, иммунодефицитных состояний, механизмами иммунного ответа и поиском возможных мишеней для терапии аутоиммунных заболеваний. Словами “я рад говорить о том, что в российскую практическую медицину вновь вернулась наука” мероприятие открыл генеральный директор Российского научного фонда Александр Хлунов.

В докладе кандидата химических наук Алексея Белогурова из лаборатории биокатализа Института биоорганической химии им. академиков М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова РАН речь шла о выполненной в рамках проекта РНФ разработке подходов к направленной терапии аутоиммунной нейродегенерации. Группа А.Белогурова занимается актуальной проблемой - ищет способы борьбы с рассеянным склерозом. Только в России сегодня сотни тысяч больных страдают этим заболеванием, а в мире таких пациентов несколько миллионов. Усилия российских ученых связаны с попыткой найти специфическую терапию для лечения этого опасного недуга.  Дело в том, что подавляющее большинство препаратов в арсенале отечественных медиков - зарубежного производства. До сих пор нет ни одного современного лекарства, которое производилось бы на территории РФ. Еще одно обстоятельство, которое побудило ученых взяться за разработку серьезной темы, заключается в том, что существующие препараты не являются специфическими, то есть, будучи направленными против основного заболевания, попутно негативно влияют на весь организм. Главная задача состоит в том, чтобы атаковать небольшую популяцию собственных клеток человека (к слову, их не так-то просто отличить) и не причинить вреда остальным. 

По словам Алексея Белогурова, обнаружить и обезвредить в армии иммунных клеток те, которые осуществляют патогенную функцию, можно двумя способами. 

- Первый заключается в том, чтобы найти часть белка, на которую нацелены аутореактивные клетки, прикрепить к нему какое-то токсическое вещество и направить в организм. Патогенные клетки начнут с этой конструкцией взаимодействовать, и их популяция будет уничтожена. Второй подход принципиально иной, его можно назвать “принуждением к миру”. Он состоит в том, чтобы запускать в организм “раздражители”, на которые реагирует иммунная система, в достаточно большом количестве (иногда этим способом лечат аллергию - вводится очень большое количество аллергена, в результате чего в организме вырабатывается к нему толерантность) и в составе липосом, - рассказал ученый. - Мы вводим фрагменты собственного белка в контейнерах из липидов, и иммунная система, захватывая, перерабатывая эти контейнеры, принимает их за “своих”. Появляется некая популяция клеток-стражей, которые сообщают всем остальным клеткам, что введенный белок - “свой”. То есть происходит перепрограммирование иммунной системы.

Второй способ, по словам ученого, наиболее перспективен. Препарат с рабочим названием “Ксемус”, который создается на его основе, достаточно безопасный, хорош для сертификации, стандартизации, и уже существует схема его производства. Успешно закончилась вторая стадия клинических испытаний, в ходе которых доказано, что препарат безопасен для человека, не вызывает осложнений, и на небольшой группе пациентов (20 человек) показано, что он обладает “предварительно терапевтическим действием”. Теперь предстоит следующая фаза клинических испытаний - с участием сотен пациентов - в ходе которой будет дан окончательный ответ, подходит ли разрабатываемое лекарство для лечения рассеянного склероза.

- Все подходы, которые я перечислил, основаны на глубоком фундаментальном знании, полученном при поддержке РНФ. Проект продолжается, мы ищем новые способы терапии, которые, возможно, когда-то приведут к созданию эффективных препаратов, - подытожил Алексей Белогуров.

Изучению роли популяции Т-лимфоцитов в патогенезе туберкулеза (исследование также выполняется по гранту РНФ) был посвящен доклад заведующей лаборатории биотехнологии ФГБНУ “ЦНИИТ” Ирины Лядовой. Туберкулез является одним из наиболее распространенных инфекционных заболеваний.  Предупреждение его распространения требует своевременной и точной диагностики. По словам И.Лядовой, существующие сегодня методы имеют ограничения, в особенности при латентой (скрытой) форме недуга, не сопровождающейся бактериовыделением. По мнению ученого, разработка новых методов диагностики и лечения туберкулеза невозможна без понимания иммунопатогенеза заболевания, его клеточных и молекулярных механизмов. 

- Туберкулез - это длительно продолжающееся заболевание, которое очень разнообразно по течению. Иногда люди живут с туберкулезом годами и замечают случайно при прохождении флюорографии, а иногда болезнь стремительно прогрессирует. Сама по себе она не относится к аутоиммунным, поскольку иммунный ответ организма направлен не на свои клетки, а на патогены. Он не только защищает организм от патогенов, но в случае гиперреактивности (повышенный иммунный ответ) имеет негативные, разрушительные последствия в тканях легкого. Очень важно понять, какие клетки участвуют в этом процессе, как они между собой связаны, и определить маркеры, которые помогут лечить заболевание не только с использованием препаратов химиотерапии, направленных на патогены, но и с помощью иммунотерапевтических средств, которые позволяют подправить, отрегулировать иммунный ответ.  Для этого нужно понимать фундаментальные основы того, что происходит, какие клетки участвуют в этих процессах и какие молекулярные маркеры могут помочь решить проблему.

Изучение иммунного ответа Т-лимфоцитов при туберкулезе важно не только для понимания его патогенеза, - считает Ирина Лядова. - Оценка состояния антиген-специфических Т-лимфоцитов может быть использована в клинических целях для определения активности инфекции, ее тяжести, мониторинга за лечением и для прогноза течения заболевания. Известно, что распространение туберкулеза, на которое влияет множество факторов социального характера, пошло на спад после изобретения антибиотиков. Однако сейчас патоген приобретает устойчивость к терапевтическим препаратам, и в связи с этим появляются формы, которые трудно лечатся и распространяются как инфекция. К тому же это естественное иммунодефицитное состояние, и если есть давление иммунного ответа, то инфекция может активироваться. Это происходит, например, при ВИЧ-инфекции, - отметила И.Лядова.

Академик Евгений ­Насонов в беседе с корреспондентом “Поиска” подчеркнул, что столь широкая палитра докладов объясняется просто: нет ни одного раздела медицины, где не присутствовали бы аутоиммунные заболевания. При разных заболеваниях иммунная атака может быть направлена по отношению к разным тканям и системам организма - головного мозга, щитовидной железы, поджелудочной железы, сердца.

- Все это связано с аутоиммунитетом и является проявлением иммунной патологии. Таким образом,  аутоиммунитет как проблема фундаментальной науки объединяет самые разнообразные направления медицины и  заболевания, - заключил академик.

По мнению Евгения Насонова, очень важно, что в рамках сессии РНФ удалось впервые собрать ученых разных специальностей: и тех, кто занимается прикладными аспектами, и тех, кто развивает фундаментальные подходы к изучению аутоиммунных и иммуннодефицитных заболеваний. В различных докладах было показано, как развивается медицина не только в нашей стране, но и в мире, почему аутоиммунитет чрезвычайно важен как механизм развития очень широкого круга тяжелых заболеваний. 

- Многие выступления вызывают чувство гордости, особенно приятно, что большинство работ выполнено молодыми исследователями, которым очень интересно то, чем они занимаются. Прозвучавшие доклады были высочайшего уровня, видно, что РНФ тратит средства очень эффективно, помогая развиваться передовым научным направлениям в медицине, - отметил Е.Насонов.

Многие участники форума отмечали, что наука XXI века становится во многом прикладной и хотя РНФ ориентирован на поддержку фундаментальных исследований, они оказываются более близкими к решению реальных проблем, особенно в здравоохранении. 

Говоря о планах по финансированию медицинской тематики, генеральный директор РНФ Александр Хлунов сообщил, что Российский научный фонд продолжит поддерживать фундаментальную медицину в рамках своих мероприятий. Будут объявлены новые конкурсы для отдельных научных групп и продлены те, которые реализуются с 2015 года. 

Дата публикации: 20 ноября 2017 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

Служили два эндемика. Байкальские биологи нашли применение уникальной живности

5[2] часов 13[2] минут ago
 Так уж вышло, что вся жизнь профессора Максима Тимофеева связана с Байкалом. Здесь прошло детство директора Научно-исследовательского института биологии Иркутского государственного университета, лауреата премии Правительства РФ в области науки и техники для молодых ученых, автора более 50 статей, опубликованных ведущими иностранными журналами, здесь он ведет перспективные исследования, Байкалу обязан известностью в научном мире.

- Байкал - удивительное место, - рассказывает Максим Тимофеев. - Гигантское озеро содержит 23 тысячи кубических километров воды и по объему превосходит, например, Балтийское море. Здесь обитают более 2500 видов животных, большая часть из которых - эндемики. Биоразнообразие организмов огромно: на многих участках побережья озера на одном квадратном метре дна можно обнаружить несколько десятков видов эндемиков, их количество исчисляется тысячами. Это уникальное явление, ничего подобного нет ни в одном пресноводном водоеме мира. Здешнее биоразнообразие организмов сопоставимо с экосистемами коралловых рифов тропических морей. 

Почти 20 лет я занимаюсь изучением механизмов стрессовой устойчивости байкальских обитателей. Эндемичная фауна - уникальный объект для подобных исследований. В озере встречаются виды, крайне чувствительные к малейшему изменению условий среды, и виды, обладающие выдающимися адаптивными способностями, например, способностями приспосабливаться к критическим перепадам температуры. В прибрежной зоне озера часто можно наблюдать резкие понижения температур - даже на 20 градусов (когда ветер сгоняет с поверхности нагретую до 20-25оС воду и почти мгновенно ее охлаждает до 4-6о С. При этом прибрежные обитатели испытывают так называемый холодовой шок. Незакаленный человек с трудом выдержит подобные перепады, а многие байкальские рачки, моллюски, другие организмы прекрасно их переживают. Они всегда наготове, а потому специально накапливают мощные энергетические ресурсы и большие запасы так называемых универсальных стрессовых белков - это позволяет им переживать неожиданные стрессовые ситуации. Зимой некоторые виды примерзают ко льду, но, разморозившись, обязательно выживают. В то же время в Байкале встречается множество видов, суперчувствительных к малейшим изменениям среды обитания. Некоторые глубоководные виды не способны переносить даже минимальные отклонения газового состава среды или сдвиг температуры обитания на 1-2 градуса, другие крайне чувствительны к загрязнениям. 

- Когда говорят о многообразии фауны Байкала, обычно имеют в виду сохранность эндемиков. Вы же используете добытое знание еще и в практических целях? 

- Да, уникальность древнего озера открывает широкие возможности прикладных исследований, но о них мало кто задумывался. Наш институт старается не только придерживаться определенного уровня “фундаментальности” исследований, но и не забывать про перспективы дальнейшего прикладного использования их результатов. Изучая, например, влияние симбиотических актинобактерий - они водятся в глубоководных байкальских рачках-падальщиках - на стрессовую устойчивость этих рачков, мы обнаружили, что многие бактерии интенсивно синтезируют биологически активные вещества и антибиотики. Интересно, что, питаясь трупами, содержащими токсины и болезнетворные бактерии, эти “санитары” Байкала живут довольно долго (некоторые - больше 10 лет), успешно размножаются и достигают гигантских для этой группы размеров - более 10-15 сантиметров. И помогают им выживать эти самые симбиотические бактерии. Мы основательно взялись за изучение этого вопроса и сформировали в институте новое прикладное направление. Его задача - поиск актинобактерий, синтезирующих новые антибиотики. А конечная цель - выделение неизвестных науке штаммов и химических молекул с фармацевтической активностью. 

Мы получили уже несколько сотен штаммов таких высокоэффективных продуцентов, убивающих болезнетворные бактерии, изучили их и описали. Из этого “сырья” можно получать антибиотики для борьбы с инфекциями. И не только в медицине, но и ветеринарии - животноводстве, птицеводстве, в аквакультуре. Последние четыре года исследуем штаммы-продуценты вместе с коллегами из Института фармацевтических исследований им. Гельмгольца в Саарбрюккене (Германия). Выделенными нами штаммами заинтересовались и несколько отечественных фармкомпаний. Сейчас ведем переговоры о возможности дальнейших исследований, так что перспективы серьезные. 

- Но исследования требуют немалых средств, есть ли они у университета? 

- Нет, у университета, конечно, таких средств нет. Мы работаем исключительно благодаря грантам - отечественным и международным. Многие работы, особенно высокотехнологичные, выполняем в зарубежных научных центрах, в основном в Германии. Сейчас интенсивно сотрудничаем сразу с тремя институтами объединения им. Гельмгольца: вышеупомянутым Институтом фармацевтических исследований в Саарбрюккене (HIPS), Центром экологических исследований в Лейпциге (UFZ) и Институтом полярных и морских исследований им. Альфреда Вегенера в Бремерхафене (AWI). Это крупнейшие известные научные центры Германии и Европы. С ними мы образовали коллаборации, разрабатывающие совместные проекты, рассчитанные на 5-10 лет. Сотрудничаем также с коллегами из Финляндии, США, Сингапура. 

- А в РФ кто вам помогает?

- Три года назад в отечественной науке произошли серьезные изменения: был создан Российский научный фонд (РНФ). Благодаря РНФ появились ранее недоступные возможности привлечения средств на научные исследования, сопоставимые с крупными международными грантами. Нам удалось победить в самом первом конкурсе 2014 года. Думаю, фонд привлекла возможность поддержать фундаментальные исследования на уникальной научной площадке - Байкале. В следующем году сотрудники нашего института вместе с коллегами из Финляндии получили еще один грант. И мы запустили принципиально новое для нас направление исследований по разработке новейших методов оценки состояния живых организмов с помощью имплантируемых оптических сенсоров, о них я расскажу позже. В этом году, когда закончился наш первый грант, выиграли новый (третий по счету) - на разработку темы стресс-адаптации эндемиков.

Сейчас изучаем группу организмов, обитающих под метровым байкальским льдом. Зимой там возникают уникальные условия перенасыщения кислородом - гипероксия. Сквозь прозрачный байкальский лед проникают солнечный свет и ультрафиолет. Это приводит к тому, что фитопланктон и разнообразные подледные водоросли усиленно размножаются, формируя второй (зимний) пик цветения. Подо льдом происходит накопление выделяемого ими кислорода - он скапливается, не имея возможности покинуть воду. Образуется перенасыщенная кислородом “газировка”, в которой при температурах, близких к точке замерзания, и в практически дистиллированной ультрапресной воде находятся эндемичные виды. Обитание в подобных условиях для большинства водных организмов токсично, а переизбыток кислорода в среде крайне разрушительно действует на организмы и вызывает окисление клеточных структур: мембран, белков, ДНК. Наблюдается так называемый окислительный, или оксидативный, стресс. Отмечу, что оксидативные повреждения - одни из главных причин многих тяжелых патологий не только у байкальских подледных рачков, но и в целом у всех аэробов - от насекомых до человека. Они лежат в основе множества заболеваний, например сердечно-сосудистых и онкологических, а также процессов старения. И если мы выясним, как байкальские эндемики с ним справляются и почему рачкам не страшен окислительный стресс, то, возможно, удастся выработать меры повышения антиоксидантной устойчивости и для других организмов, включая человека. 

Еще одно важное направление, о котором я уже говорил, связано с биосенсорикой. В настоящее время разработка технологий непрерывной прижизненной (так называемой in vivo) оценки стрессовых состояний живых организмов - один из самых актуальных и востребованных трендов в мировой науке. Несколько десятков лабораторий по всему миру конкурируют в этой области. Мы вплотную занялись сенсорными исследованиями несколько лет назад после знакомства с работами коллег из Сингапура и Финляндии. Сначала мы учились у них, а теперь они уже многому учатся у нас. Так нам удалось не только создать работающие микросенсоры, чувствительные к pH (уровню кислотности внутренней среды), но и с их помощью впервые измерить динамику изменения кислотности в разных организмах в условиях стрессовых воздействий. Созданные нами микросенсоры - это полупроницаемые полимерные капсулы диаметром несколько микронов - с биосовместимым покрытием - которые содержат флуоресцентные красители, реагирующие на различные воздействия. Сенсоры впрыскивают в жидкую среду организмов (кровь или гемолимфу), и они, легко проходя через капилляры, распространятся по всему кровотоку. С одной стороны, они служат своего рода маячками, позволяя отследить перемещение организмов, с другой - постоянно флуоресцируют, и характер их флуоресценции непрерывно меняется в зависимости от изменений химических условий среды (крови или гемолимфы), а следовательно, и состояния тестируемого организма. Мы считываем эти сигналы. Это практически идеальное средство для постоянного контроля ключевых показателей живых организмов. Сейчас у нас в разработке сенсоры на содержание кислорода, накопление разных метаболитов или тяжелых металлов и т.п.

Первую нашу статью о сенсорах-маячках мы опубликовали в одном из журналов издательства Nature Publishing Group, затем была целая серия статей. Недавно напечатали очередную статью, в которой показали возможность изменения кислотности in vivo в сверхмалых органах - в мозге микроскопических эмбрионов рыб данио-рерио (рыбы-зебры) - классического лабораторного объекта. Отмечу, что разрабатывают эти направления молодые и очень увлеченные наши сотрудники. Благодаря публикациям к нам обращаются желающие работать в данном направлении. Мне регулярно поступают письма с обращениями молодых и амбициозных исследователей из разных городов России (включая Санкт-Петербург и Москву), а также из Белоруссии, Украины и даже Германии. Молодежь готова приехать в Иркутск на работу, за тысячи километров от родного дома. Считаю, что этим можно гордиться, рассматривая как немаловажное свидетельство нашего признания в научном мире. 

Естественно, молодые люди не представляют особенностей нашего положения, что у нас, например, нет ставок и я не могу гарантировать им постоянную зарплату. Ведь на весь наш институт с более чем 50 сотрудниками у нас всего семь (!) гарантированных бюджетных ставок, остальные - проектные и хозрасчетные. Конечно, это заставляет много работать, изрядно изматывает, зато помогает держать форму. 

- Что дальше? Как собираетесь развивать новые научные направления?

- Все зависит от финансирования, поэтому главная наша цель - подготовить полновесные отчеты и заработать новые гранты. Но и о старых не забывать: второй грант РНФ заканчивается в этом году, и мы рассчитываем на продолжение, поскольку уверены, что наши новые направления чрезвычайно перспективны и важны. Надеемся, что микросенсоры быстро найдут применение не только в научных исследованиях, но и в промышленности. У нас полно идей, как применить наши сенсоры для нужд сельского хозяйства и животноводства. Есть интересные мысли их использования в медицине, например, для наблюдения за распространением метастаз при онкозаболеваниях. Так что работы хватит на много лет. 

В заключение отмечу, что сегодня внимание к Байкалу концентрируется исключительно на природоохранной деятельности и фундаментальных исследованиях. Безусловно, это чрезвычайно важно, но нельзя игнорировать эксклюзивные возможности этого озера для развития прикладных направлений, разработки современных технологий, особенно биотехнологических. Надеюсь, научный интерес к Байкалу будет только возрастать.

 

Работа М. Тимофеева поддержана грантом РНФ.

Дата публикации: 20 ноября 2017 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

Александр Хлунов возглавил рабочую группу Совета при Президенте РФ по науке и образованию

3 дня 1 час ago
 

17 ноября Владимир Путин внес изменения в положение и состав Совета при Президенте Российской Федерации по науке и образованию. Об этом говорится в документах, размещенных на официальном интернет-портале правовой информации.

Изменения касаются как списочного состава Совета, так и структуры рабочих органов. В частности, председателем координационного совета по приоритетным направлениям научно-технического развития Совета назначен президент РАН Александр Сергеев, комиссии по кадровым вопросам Совета - вице-президент РАН Валерий Козлов.

Кроме того, изменения претерпели и межведомственные рабочие группы:  руководителем рабочей группы по направлению "Подготовка квалифицированных специалистов в интересах социально-экономического развития регионов" стал ректор Южного федерального университета Марина Боровская, руководителем группы по направлению "Инфраструктура научных исследований и разработок" — советник директора организации "Объединенный институт ядерных исследований" Сергей Мазуренко, руководителем группы по направлению "Международное научно-техническое сотрудничество" — президент НИЦ "Курчатовский институт" Михаил Ковальчук, а руководителем рабочей группы по направлению "Создание условий для проведения научных исследований и разработок" — генеральный директор Российского научного фонда Александр Хлунов.

В соответствии с внесенными изменениями в состав Совета вошла, в том числе, координатор секции РНФ по биологии и наукам о жизни Ольга Донцова.

Дата публикации: 17 ноября 2017 метки:  Новости Фонда
maria

Российские учёные создали первый "молодильный" крем для кожи

3 дня 2 часа ago
 Учёные МГУ им. М.В. Ломоносова представили новую разработку — косметический концентрат митохондриального антиоксиданта SkQ1 ("Митовитан Актив").

SkQ1 — это вещество, разработанное и синтезированное в МГУ и представляющее собой так называемый "ион Скулачёва" или "проникающий катион". Он адресно накапливается в митохондриях живых клеток и эффективно нейтрализует свободные радикалы, образующиеся в этих органеллах.

Применение SkQ1 и других веществ этого класса позволяет замедлить процесс биологического старения. Это подтверждается результатами большого количества исследований, проведённых как экспертами МГУ, так и других университетов и институтов России, Швеции, Германии, США, Австралии и других стран. В том числе это подтверждается результатами клинических исследований лекарственных препаратов с использованием митохондриальных антиоксидантов в качестве действующего вещества.

"Пятнадцать лет назад выдающийся учёный-биохимик академик Владимир Петрович Скулачёв загорелся идеей создания лекарства, которое увеличило бы продолжительность жизни и улучшило её качество. За прошедшее время была проделана огромная работа, и то, что удалось сделать, мне кажется, блестящий результат. Я считаю, что подобные проекты крайне важны, и именно их и ждёт общество от учёных", — отмечает ректор МГУ Виктор Садовничий.

 

"Совместимость и стабильность компонентов препаратов при длительном хранении представляет серьёзную проблему при создании новых косметических и лекарственных препаратов", — комментирует заместитель научного руководителя проекта Максим Скулачёв.

Исследователи предложили необычный способ решения задачи, создав универсальный продукт "Митовитан Актив", предназначенный для добавления в другие средства ухода непосредственно перед нанесением на кожу. Новый препарат открывает широкие возможности для использования защитных свойств SkQ1 для сохранения молодости кожи. В проведённом с участием более 90 человек тестировании-апробации новое косметическое средство показало безопасность и высокую эффективность в улучшении состояния кожи.

"Полученные нами результаты и теоретические построения позволяют утверждать, что старение высших организмов и человека происходит не только и не столько вследствие накопления случайных ошибок, но является запрограммированным процессом, последней стадией индивидуального развития — онтогенеза. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что скорость старения может регулироваться, то есть старение может быть ускорено или замедлено в зависимости от определённых факторов, связанных, в первую очередь, с процессом эволюции. Краеугольным камнем в обосновании этой концепции является феномен нестареющего существа — африканского грызуна голого землекопа Heterocephalus glaber", — добавляет научный руководитель проекта Владимир Скулачёв.

Исследования также проходят при поддержке Российского научного фонда в рамках проекта создания банка-депозитария живых систем "Ноев ковчег".

Дата публикации: 17 ноября 2017 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

Ученые выяснили, как замедлить развитие рассеянного склероза

4 дня 2 часа ago
 Ученые из Института биоорганической химии РАН (Москва) придумали, как научить олигодендроциты — вспомогательные клетки нервной ткани организма — защищаться от разрушительного действия клеток иммунитета, чтобы замедлить развитие рассеянного склероза. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ), о результатах работы авторы рассказали на II междисциплинарной конференции «Аутоиммунные и иммунодефиците заболевания».

Олигодендроциты отвечают за питание и защиту нейронов. Как изоляция кабеля, они обвивают аксоны – длинные отростки нервных клеток, по которым передается нервный импульс. Важную роль в составе этой «изоляции» выполняет вещество миелин. Именно кусочки основного белка в составе миелина, которые олигодендроциты показывают на своей поверхности, и становятся мишенью цитотоксических Т-лимфоцитов – клеток иммунной системы, которые в норме проверяют, не заражены ли клетки вирусами или не превратились ли они в опухолевые. Узнают они это благодаря «сканированию» кусочков внутриклеточных белков, которые проверяемые клетки специально демонстрируют цитотоксическим Т-лимфоцитам на подставке, называемой главным комплексом гистосовместимости I класса.

Фото: олигодендроцит под огнём цитотоксического лимфоцита. Гидролиз МВР (основной белок миелина, myelin basic protein) (красный червяк) протеасомой (комплекс белков в голубом цвете). Показана клеточная мембрана олигодендроцита и брешь, пробитая перфоринами (выбрасываются цитотоксическими клетками) - белый колодец справа. Источник: Алексей Белогуров

При рассеянном склерозе Т-клетки настраиваются против собственных нормальных белков и вместо нарушителей убивают здоровые клетки. Это называют аутоиммунными реакциями. Но откуда на поверхности клетки берутся эти кусочки белков? Расщеплением их занимается специальное образование внутри клетки – протеасома. Она находит ненужные или поврежденные белки, которые помечены маленькой молекулой белка убиквитина, и режет их на части, которые потом и попадают на главный комплекс гистосовместимости I класса.

«Мы показали, как протеосомальное расщепление связано с рассеянным склерозом, – рассказал автор работы, кандидат химических наук Алексей Белогуров, старший научный сотрудник лаборатории биокатализа из Института биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН. – Клетки иммунной системы проникают в центральную нервную систему и заставляют олигодендроцит показаться и стать мишенью. Лимфоциты, настроенные против здоровых клеток, проникают в нервную систему через гематоэнцефалический барьер. Они выбрасывают много разных сигнальных молекул, с помощью которых организм борется с инфекциями, — противовоспалительных цитокинов, в том числе интерферон-гамма. Эти молекулы превращают протеасому в иммунную форму, которая по-другому расщепляет миелиновый белок, показывая его на поверхности так, словно это опасное или чужеродное вещество. Цитотоксические Т-клетки «видят» его и нападают на содержащую его клетку».

Ученые смогли не только установить, что происходит, но и найти способ смягчить вред от неправильного поведения лимфоцитов, не уничтожая их. Они использовали ингибиторы – вещества, специфически подавляющие работу иммунной формы протеасомы, но не действующие на нормальную протеасому. Методику испытали на модели рассеянного склероза, которую воссоздают в мышах. Ученым удалось сильно замедлить развитие модельного заболевания путем введения специфических ингибиторов иммунных протеасом, научив олигодендроциты прятаться намного эффективнее, чем просто при подавлении работы всех протеасом.

 

Дата публикации: 16 ноября 2017 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

Заплатка из магнита. Новый метод лечения отслоения сетчатки глаза

5[2] дней 1 час ago
 

Отслоение сетчатки глаза - тяжелое заболевание, без хирургического вмешательства приводит к полной слепоте. Задача хирурга - вернуть отслоившуюся сетчатку в исходное положение. Это очень сложная операция с применением лазера, который "припаивает" сетчатку к прилегающим тканям. И здесь главная проблема - как на операционном столе расправить сетчатку, чтобы она плотно прилегала к тканям. В тяжелых случаях это редко удается, и хирург раличными ухищрениями все же добивается прилегания, но и тогда далеко не всегда удается восстановить нормальное положение сетчатки.

Ученые МГУ и Государственного НИИ химии и технологии элементоорганических соединений нашли кардинальное решение проблемы. Чтобы полностью расправить сетчатку, а затем удержать ее для прижигания лазером, физики предложили фиксировать ее с помощью магнитной "заплатки".

"Для этого с наружной стороны глазного яблока устанавливается жгут с магнитами, а в разрезы на глазном яблоке вводится созданная нами магнитная пломба, - сказала руководитель разработки Елена Крамаренко. - За счет взаимного притяжения этих систем магнитов сетчатка удерживается расправленной, что позволяет хирургу без особых проблем сделать операцию по прижиганию и восстановить зрение".

Чтобы реализовать новый метод, ученые создали магнитоактивные эластомеры - полимерные матрицы с внедренными в них магнитными частицами железа и его оксидов нано-или микроразмера. Сейчас они разрабатывают способ покрытия магнитных пломб и эластомера слоем биосовместимого медицинского силикона, а также намерены вставить "заплатки" через разрез менее 1мм.

"Кроме того, надо так подобрать конфигурации магнитных полей, чтобы наиболее точно позиционировать "заплатки" на поверхности сетчатки, что позволит достичь прилегания сетчатки даже в самых тяжелых случаях", - отметила Крамаренко. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ).

Дата публикации: 15 ноября 2017 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

Лазер спасет металлические поверхности от обледенения и коррозии

5[2] дней 2 часа ago
 Группа российских ученых нашла способ управляемо менять структуру поверхности алюминиевых сплавов с помощью наносекундного лазера, чтобы защитить эти поверхности от нежелательного воздействия среды. Исследования коллектива под руководством Людмилы Бойнович, главного научного сотрудника Института физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина РАН, поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ). Результаты работы опубликованы в журнале ACS Nano.

Обледенение, износ и коррозия металлов — проблемы, знакомые автомобилистам, морякам, работникам авиации, инженерам и медикам.

«Одной из самых замечательных научных находок начала XXI века является получение и применение супергидрофобных (сильно отталкивающих воду) материалов и покрытий, которые благодаря своим уникальным свойствам быстро нашли очень широкое технологическое применение», — комментирует Людмила Бойнович.

Сегодня такие покрытия используются в энергетике, авиационной промышленности, нефтегазовой отрасли, строительстве, текстильной промышленности. Однако у супергидрофобных покрытий, получаемых самыми разными методами, есть ахиллесова пята: они неустойчивы к механическим нагрузкам и абразивным воздействиям. Долгое время казалось, что создать механически стойкие в условиях реальной эксплуатации супергидрофобные покрытия практически невозможно. Этот пессимистический взгляд был опровергнут. Недавние работы позволили создать новую концепцию получения супергидрофобных защитных покрытий с применением лазерных технологий. В итоге меняется не только текстура, но и химические свойства поверхности.

На примере сплавов алюминия исследователи показали, что лазерная обработка, с одной стороны, приводит к формированию на поверхности сплава значительных по толщине слоев гамма-оксида и оксинитрида алюминия. Это одни из наиболее механически и химически стойких соединений алюминия. С другой стороны, лазер позволяет формировать в поверхностном слое систему нанопор, в которых при формировании покрытия запасаются гидрофобные вещества. При механическом повреждении поверхностного слоя материала пористый слой гасит механические нагрузки, а запасенные гидрофобные вещества в необходимом количестве переходят на поверхность материала и самопроизвольно «залечивают» его.

«Выполненные нашей группой работы не только привели к созданию материалов с уникальными водоотталкивающими свойствами, но и позволили преодолеть многие классические недостатки алюминиевых сплавов, такие как эрозия под абразивными нагрузками, слабая стойкость к ударным тепловым нагрузкам, склонность к точечной коррозии и слабая химическая стойкость в агрессивных жидких и газообразных средах», — комментирует Людмила Бойнович.

Дата публикации: 15 ноября 2017 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

Российские физики изучили фронт «горения» кристаллов в комплексной плазме

6[2] дней 2 часа ago
 Российские ученые из МГТУ им. Н.Э. Баумана совместно с коллегами из Германии и Франции исследовали процесс горения на уровне отдельных частиц, используя содержащую твердые частицы плазму. Они показали, что при определенных условиях плазменный кристалл становится неустойчивым, демонстрируя процесс, похожий на распространение фронта горения в твердых веществах. О своей работе ученые рассказали в журнале Physical Review E. Исследования поддержаны грантами Российского научного фонда (РНФ).

Авторы работы использовали в своем исследовании комплексную плазму. Такая система образуется при попадании достаточно малых (микронных размеров) частиц в плазму — ионизированный газ. В плазме эти частицы заряжаются и начинают вести себя подобно атомам, которые слишком малы для изучения (в противоположность микронным «псевдоатомам») и которые невозможно увидеть в режиме реального времени. Благодаря этому пылевую плазму можно успешно использовать в качестве модели для изучения коллективных явлений в классических жидкостях и кристаллах на уровне отдельных частиц. По словам одного из авторов работы, ведущего научного сотрудника МГТУ им. Н.Э. Баумана Станислава Юрченко, горение на таком уровне еще никто систематически не изучал. В нескольких работах проводятся компьютерные симуляции на очень малом количестве частиц, но в экспериментальных системах-аналогах (состоящих из многих тысяч частиц) горение остается слабоизученным явлением.

Частицы в плазме отталкиваются друг от друга, могут даже «кристаллизоваться», образуя плазменные кристаллы. Кроме того, эти псевдоатомы взаимодействуют с потоками плазмы, в которой они находятся. Особенности этого взаимодействия можно регулировать, меняя параметры плазменного разряда. В настоящей работе ученые доказывают сходство между неустойчивостью плазменного кристалла и распространением фронта горения в твердых химически реактивных средах.

«Мы обнаружили, что при определенных условиях плазменный кристалл становится неустойчив, в центральной области кристалла, которую мы называем областью поджига, энергия микрочастиц начинает очень сильно расти, и возникает явление, физически эквивалентное распространению фронта горения в химически реактивных средах», — рассказал Станислав Юрченко.

Процессы, аналогичные горению, встречаются повсеместно: от самоподдерживающихся химических реакций и химического катализа до взаимодействия химических веществ во льдах сложного состава. Эксперименты с комплексной плазмой дают возможность изучать реакции в таких системах на уровне отдельных частиц. Кроме применений на Земле выводы работы могут оказаться полезны и в изучении эволюции состава космической пыли.

Ученые продолжают исследования горения твердых тел, пытаются определить, например, какую роль при распространении фронта пламени играют дефекты. Известно, что они выступают как предактиваторы, то есть вещество сначала разогревается до некоторой температуры благодаря дефектам, а уже после этого воспламеняется. За этой двухстадийной химической реакцией можно наблюдать благодаря экспериментальным системам, комплексным плазмам, но ранее этого никто не делал.

Подобные исследования позволят изучить, например, влияние степени дефектности химически реактивных кристаллов в твердом топливе на особенности их горения. Кроме того, результаты исследования могут пригодиться при синтезе новых материалов, которые образуются в результате самоподдерживающихся реакций, физически очень похожих на горение, как, например, высокотемпературный синтез карбида кремния. Это соединение используется при изготовлении инструментов для резки и шлифовки, а также в конструкциях, работающих в агрессивных химических условиях и в радиоактивной среде (к примеру, в химических и ядерных реакторах).

Дата публикации: 14 ноября 2017 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

Дрон отыщет взрывчатку по запаху

6[2] дней 7[2] часов ago
 Российские ученые из инновационного центра «Сколково», Московского физико-технического института и других организаций разработали систему для выявления взрывчатки и отравляющих веществ в зонах боевых действий. Они установили на дрон миниатюрный масс-спектрометр. Беспилотник-«нюхач» уже прошел испытания. По словам экспертов, применение такой техники сохранит жизни военнослужащих и гражданского населения в ходе и после боевых действий.

— Основные компоненты комплекса — спектрометр, квадрокоптер, химические датчики, системы связи, бортовой компьютер — использованы готовые. Но они доработаны под задачу и скомпонованы в систему, что представляет собой непростую задачу, — пояснил «Известиям» руководитель команды разработчиков, член-корреспондент РАН Евгений Николаев.

Проектировать беспилотник ученые начали после использования боевого отравляющего вещества в сирийском городе Хан-Шейхун весной 2017 года.

Компактный масс-спектрометр, установленный на дроне, позволил бы определить, какое вещество было использовано. В то время как отправка войск для сбора образцов неизбежно означает риск для жизни и здоровья военнослужащих.

В проекте участвовали специалисты Сколковского института науки и технологий, Института энергетических проблем химической физики РАН, Института биохимической физики РАН, МФТИ и других организаций. Их работу поддержал Российский научный фонд.

Ученые использовали масс-спектрометр ионной подвижности — это прибор нового поколения с высокой чувствительностью. Также на квадрокоптер установили датчики, реагирующие на различные газы, видеокамеру, прибор GPS, бортовой компьютер и устройство связи, передающее данные со спектрометра и сенсоров. В итоге получился комплекс массой 3,3 кг и размерами чуть более полуметра, способный летать 15 минут на высоте до 2 км. Оператор следит за работой приборов, получая данные на смартфон в реальном времени. Устройство обошлось примерно в $8,8 тыс.

Ученые протестировали работу сенсоров на женских духах. Затем прошли испытания в «боевых» условиях — в воздухе распылили тринитротолуол, нитроглицерин и другие взрывчатые вещества.

Как рассказал «Известиям» основной исполнитель работ Юрий Костюкевич (Сколтех), во время тестов разработчики столкнулись с проблемой. В ходе полета пропеллеры дрона быстро перемешивали воздух — из-за этого резко снижалась концентрация веществ, которые нужно обнаружить. Однако в итоге беспилотник прошел все испытания.

— Минно-взрывные устройства промышленного и кустарного производства представляют серьезную опасность и во время боевых действий и после их завершения, — рассказал редактор отраслевого журнала UAV.ru Денис Федутинов. — Для военных саперов и войск радиохимической защиты, для структур, которые впоследствии налаживают мирную жизнь, применение таких дронов очень актуально. Это спасет жизни военнослужащих и гражданского населения.

Разработка беспилотников, способных обнаруживать опасные для жизни вещества по «следу» в воздухе, ведется во многих странах мира. В ноябре 2016 года израильская компания Laser Detect Systems презентовала устройство такой функциональности — SpectroDrone.

Дата публикации: 14 ноября 2017 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

Additive Manufacturing of Titanium Aircraft Parts

1 неделя ago
 

An additive manufacturing technology that uses direct metal laser sintering enables the printing of titanium aircraft parts with a modified surface layer. 

Physicists from Tomsk Polytechnic University (TPU) are currently working to create hydrogen-resistant products out of titanium alloys. The production of metal products via additive manufacturing ensures less material consumption as well as possibilities to develop complex geometric products. The Russian Science Foundation has given TPU a three-year grant for the creation of hydrogen-resistant products from titanium alloys Ti-6Al-4V, Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si. 

Titanium products are widely used in aircraft construction due to their strength, and account for 15 to 20 percent of a modern civil aircraft. Today, these parts are produced with traditional foundry though. 

"In Russia it is a fairly new technology. To introduce it, special 3D-printing equipment and powder production installation should be developed. Thus, there is a great scope for research,” said Natalia Pushilina, associate professor at TPU’s Department of General Physics. “This equipment is increasingly in high demand as evidenced by the great number of scientific publications devoted to additive manufacturing technology in the field of metal processing. Over the past few years, their number has significantly increased in leading scientific publication databases, which signifies a great interest in the international community.'

Pushilina and her team plan to print aircraft parts out of BT6 and BT9 titanium alloys. BT6 is a widespread material being produced in Russia, while BT9 will be obtained by TPU out of crystalline titanium. 

“For the research, we chose these two materials, as they have been applied in aircraft construction due to their properties,” said Pushilina. “BT6 is used to manufacture turbine parts subject to high temperatures, corrosive media and saturation with atmospheric hydrogen during operation.”

According to the researchers, 3D-printing with titanium alloys differs from traditional processes in that it relies on laser-based additive manufacturing technology that makes it possible to make parts of any configuration. It also uses much less materials. 

“With 3D technology you can print any part. This goes beyond mass production supported by plants that daily cast a great deal of products,” said engineer Viktor Kudiyarov. “Our goal is to develop a technology for printing individual complex parts out of titanium.” 

TPU scientists are determined to reveal patterns between various print parameters and characteristics of manufactured items. So far, they have identified over 10 parameters. By varying them, it is possible to create products with different specified properties and products with gradient surface layers. 

Currently, such modification of products requires an additional production process. First, a homogeneous part is made, then an additional coating is applied. The technology developed by TPU scientists combines the two processes. Products are printed immediately with a modified layer.

TPU physicists are committed to showing the advantages of titanium parts produced by using advanced additive technology.

Дата публикации: 13 ноября 2017 метки:  RSF news
shuliak@rscf.ru

Modeling coulomb crystals to understand star evolution

1 неделя ago
 

Matter in the cores of old white dwarfs and the crusts of neutron stars is compressed to unimaginable densities by intense gravitational forces. The scientific community believes this matter is composed of Coulomb crystals that form at temperatures potentially as high as 100 million Kelvin.

Denis A. Baiko and Andrew A. Kozhberov, research scientists at Ioffe Institute in Saint Petersburg, Russia, clarify the physics of these crystals in the journal Physics of Plasmas, from AIP Publishing. Results from research conducted under grants from the Russian Science Foundation.

A Coulomb crystal forms when bare atomic nuclei align into a lattice at densities and temperatures where the average kinetic energy of ions is about 175 times lower than the typical potential energy of Coulomb forces repulsions between them.

This study is the first simultaneous analysis of the effects of strong magnetic fields and electron screening on ion motion in a Coulomb crystal.

"This project is the most detailed description of these crystals to date," Baiko said. "This is especially important in astrophysics for our understanding of evolution of neutron stars and white dwarfs."

As a star exhausts its supply of hydrogen gas, it dies and succumbs to its own gravity. Stars, like our sun, die and form white dwarfs, while larger stars form neutron stars. Baiko was drawn to a realistic description of neutron star crust matter which led him to examine Coulomb crystals.

In the study, the researchers developed a series of calculations to examine the properties of phonons or vibrations within the lattice of Coulomb crystals. During the experiment, crystals of different densities were also exposed to a range of temperatures.

The team began with an ideal Coulomb crystal and incrementally added complexity -- a polarizable electron background, magnetization of ion motion and several lattice structures. Each of these effects changes the phonons in different ways. According to Baiko, these calculations can be used to understand thermodynamic, kinetic and elastic properties of Coulomb crystals in neutron star crusts and white dwarf cores.

In the future, Baiko and his team want to calculate electrical and thermal conductivities of electrons due to inelastic electron-phonon scattering in strongly magnetized Coulomb crystals. Thermal conductivity determines the rate at which heat is transported from the hot cores to the surface of stars, while electrical conductivity is required to understand magnetic field diffusion and drift. Such a calculation would make it possible to reconstruct thermal and magnetic histories of these fascinating stellar objects.

"What is exciting about this work is that one can take into account several diverse physical effects simultaneously and obtain new, enlightening and relevant results using rather modest means," Baiko said. "It's nice."

Дата публикации: 13 ноября 2017 метки:  RSF news
shuliak@rscf.ru

Russian Researchers Find Way to Combat Resistance to Antibiotics in Diseases

1 неделя ago
 

Researchers from Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University have proposed blocking bacterial antibiotic resistance by using small proteins called peptide inhibits (blocking agents). Together with the Kurchatov Institute National Research Center, researchers at Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University have created a peptide which is harmless to humans and capable of inhibiting the key catalyst of the SOS-response in bacteria. Results from research conducted under grants from the Russian Science Foundation were published in the Nucleic Acids Research journal.

“The bacteria mutate and develop new properties that help them resist antibiotics, while our agent blocks the process of adaptation at a genetic level, blocking the accelerated evolution of bacteria,” said Alexander Yakimov, a researcher at the Nanobiotechnology Research and Innovation Center at Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University.

The researcher reported that they also came up with a computational method for designing unique peptides with the maximum possible stability and biologically active spatial structure.

The number of newly-developed antibiotics has gradually decreased in recent years, while their effectiveness continues to decline. “Other countries are also conducting research to find ways to combat bacterial antibiotic resistance, but they have not been able tnerateo ge any positive results yet,” Alexander Yakimov added.

Recently the Russian government published a strategy on combating antibiotic resistance in Russia for the period up to 2030. The strategy provides for analyzing the mechanisms for developing bacterial antibiotic resistance, the systematic monitoring of its spread, improving measures to prevent and to limit the spread of pathogens with antibiotic resistance, developing antimicrobial drugs and alternative methods of diagnostic and treatment of infectious diseases.

It is expected that the Russian researchers' invention will make the prevention and treatment of infectious and parasitic diseases in humans, animals and plants more effective, and reduce the severity of diseases, as well as the duration of their treatment.

As a spokesperson from the Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University’s Media Center told RIA Novosti that at this stage, researchers have already proved the effectiveness of their method and obtained a patent entitled Family of Peptides – Inhibitors of the Activity of Protein Blocking the SOS-Response in Bacteria.

Дата публикации: 13 ноября 2017 метки:  RSF news
shuliak@rscf.ru

Российский ученый создал высокоточную вычислительную технологию

1 неделя ago
 Сотрудник Вычислительного центра имени А.А. Дородницына Федерального исследовательского центра «Информатика и управление» РАН разработал новую высокоточную вычислительную технологию, которую можно применять для решения задач аэрогидродинамики и других приложений, например, задачи снижения уровня шума от двигателей. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ), а результаты опубликованы в Mathematics and Computers in Simulation.

Аэрогидродинамика — это наука о движении жидкостей и газов, которая занимается изучением проблем обтекания тел жидким или газообразным потоком и движения газов в пространстве, ограниченном стенками. Для моделирования процессов аэрогидродинамики на компьютерах и суперкомпьютерах автор статьи разработал мультиоператорный метод.

При численном моделировании физических процессов на электро-вычислительных машинах уравнения, которые описывают эти процессы, заменяются на алгебраические уравнения. Процесс их решения сводится к выполнению арифметических действий. Результаты вычислений — значения параметров изучаемых процессов в заданных точках исследуемой области. Записать алгебраические уравнения можно с помощью операторов. Оператор — это символические изображения математических операций, которые определяются формулами. Эти формулы указывают, какие арифметические действия нужно выполнить. Точность этих формул в конечном счете определяет точность получаемых решений. Математически точность характеризуется «порядками», которые показывают, как быстро убывают погрешности этих решений при увеличении числа заданных точек в области. При этом чем больше значения порядков, тем выше точность при фиксированном числе точек. Повышение точности численного моделирования является одним из приоритетных направлений современного развития вычислительной аэрогидродинамики.

Традиционные методы повышения порядков основаны на усложнении формул, определяющих операторы. Для реальных задач это может создавать определенные трудности и ограничения. В мультиоператорном методе повышение порядков достигается за счет использования комбинаций многих операторов, которые определяются одной и той же формулой очень простой структуры, но имеют разные значения некоторого параметра. Эти комбинации были названы мультиоператорами. При этом чем больше операторов, тем выше легко получаемые порядки. Построенные в последнее время мультиоператоры обеспечивают очень высокую точность численного моделирования. Более того, в результате оптимального выбора значений параметра применение мультиоператоров при численном моделировании физических процессов позволяет лучше «видеть» мелкие детали этих процессов в течение длительного времени их развития.

 

«Сущность работы состояла в развитии абсолютно новой вычислительной технологии — мультиоператорного метода. Применение мультиоператоров позволяет осуществлять численное моделирование различных физических процессов с точностью, намного превышающей точность существующих численных методов. Эта методика, не имеющая аналогов в нашей стране и за рубежом, была использована для решения задач аэрогидродинамики, для которых применение традиционных методов может оказаться недостаточно эффективным», — рассказал ведущий автор статьи Андрей Толстых, доктор физико-математических наук, заведующий отделом прикладной математической физики Вычислительного центра имени А.А. Дородницына Федерального исследовательского центра «Информатика и управление» РАН.

Автор отмечает, что разработанная методика имеет достаточно общий характер и может использоваться для решения различных классов задач, требующих точность вычислений, которая превосходит точность стандартных методов.

С помощью мультиоператорного метода ученые могут решать задачи аэроакустики, например, задачи снижения уровней шума от двигателей и обтекаемых элементов летательных аппаратов, задачи турбулентности, задачи численного моделирования гиперзвуковых течений. Еще мультиоператорные схемы высокой разрешающей способности могут использоваться при численном моделировании торнадо, а также других атмосферных явлений.

«Потребности в данной методике могут возникнуть в других областях, например, при численном моделировании климатических явлений, при численном исследовании процессов горения. В широком смысле наша цель состоит в создании инструмента, который может быть полезным для различных исследователей при решении их конкретных задач. В настоящее время работа продолжается, и мы рассчитываем на ее расширение», — заключил ученый.

Дата публикации: 13 ноября 2017 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

Альтернативную систему обогрева придумали новосибирские ученые

1 неделя ago
 В ГИБДД призвали водителей снижать скорость и выезжать только на шипованной резине. Дороги начали покрываться льдом. В Новосибирске резко похолодало. А как согреться в морозы? Ученые придумали систему обогрева, для которой не нужно электричество. Исследования поддержаны грантом РНФ, а результаты были размещены на сайте Фонда ранее.

Татьяна Конради, корреспондент: «Для того чтобы согреться в суровых зимних условиях, нужно, оказывается, совсем немного – снег (его у нас достаточно) и, например, вот такой водоем».

Технология называется «тепло из холода». Метод не требует ни сжигания углеводородов, ни электричества, всё дело – в адсорбенте и происходящих с ним превращениях. Теплообменник помещается в специальную установку, в которой и происходит настоящее научное чудо.

Михаил Токарев, сотрудник Института катализа СО РАН: «Волшебство происходит вот здесь и здесь. Вот здесь – метанол, который мы либо охлаждаем до очень низкой температуры, за счет чего давление (порог над ним) понижается, а вот здесь адсорбент нагреваем до температуры окружающего воздуха».

В результате химической реакции выделяется тепло. В зависимости от мощности установки и количества адсорбента можно обогреть и дом, и целый поселок.

Юрий Аристов, главный научный сотрудник Института катализа СО РАН: «Это – способ подогрева помещений, который не использует органическое топливо. Мы ничего не сжигаем, никаких вредных веществ в атмосферу не выбрасываем, а получаем тепло с помощью адсорбентов. Это способ обогрева для холодных стран, для холодных территорий – как северо-восток России, север Европы, север Канады, США. Вот это может быть в этих регионах, и особенно, конечно, в Арктике».

Сейчас ученые дорабатывают технологию при поддержке Российского научного фонда. Разработчики отмечают, что полностью заменить привычную систему теплоснабжения метод, скорее всего, не сможет. Речь идет об альтернативном способе, способном сберечь природные ресурсы.

Дата публикации: 13 ноября 2017 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

Новосибирские физики научились "выращивать" желтые алмазы

1 неделя 3 дня ago
 Уникальную технологию создания алмазов разработали ученые Института ядерной физики в Новосибирске. Самые прочные на планете кристаллы в буквальном смысле выпекают в специальной камере. По своим свойствам искусственные камни превосходят природные и стоят в разы дешевле. Могут применяться в медицине, космической промышленности и микроэлектронике. Работа была поддержана грантом РНФ.

Дата публикации: 10 ноября 2017 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

Ферромагнитный материал научились изменять с помощью лазера

1 неделя 3 дня ago
 Сотрудники Университета ИТМО предложили использовать лазерное излучение для управления свойствами скирмионов – частицеподобных структур – в ферромагнитном материале. Скирмионы можно применять при проектировании менее энергозатратных, но более емких средств хранения и передачи информации. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ), а их результаты были опубликованы в журнале Physical Review Letters.

«Мы показали, что характерные линейные размеры, устойчивость и форму скирмиона можно контролировать с помощью внешнего электромагнитного поля, например, линейно поляризованного лазерного излучения – излучения, в котором вектор напряженности электрического поля колеблется в некотором направлении, перпендикулярном направлению распространения электромагнитного поля», – рассказал один из авторов статьи Дмитрий Юдин, руководитель проекта, PhD, научный сотрудник Международной научной лаборатории фотопроцессов в мезоскопических системах Университета ИТМО.

Авторы отмечают, что обнаруженный ими эффект может применяться в спинтронике (в данном случае – в скирмионике). Спинтроника как прикладное направление исследований зародилась в конце 1980-х годов как альтернатива зарядовой электронике. Использование спинового, а не зарядового тока для передачи и обработки информации является краеугольным камнем этой технологии. В устройствах молекулярной спинтроники битом информации является уже не домен, который состоит из множества молекул, а всего лишь одна молекула. Таким образом плотность записи информации повышается в 10-15 раз. Поэтому с помощью принципов спинтроники можно гораздо эффективнее записывать информацию на жесткие диски, создавать новые транзисторы, элементы логики и ячейки памяти.

В ходе работы авторы рассмотрели модель ферромагнитного материала, который представлял собой один слой однородного вещества. Магнитный порядок – это явление, при котором магнитные моменты (векторы) атомов в материале имеют строго определенные направления. Если все векторы направлены в одну сторону, такой порядок называют ферромагнитным, а материал – ферромагнетиком. К ферромагнитным материалам относятся, например, металлы кобальт (Co), никель (Ni) и гадолиний (Gd). Также существует антиферромагнитный порядок, при котором магнитные моменты соседних атомов направлены в противоположные стороны. При этом ферромагнетики обладают намагниченностью даже в отсутствии внешнего магнитного поля, а антиферромагнетики таким свойством не обладают и поэтому считаются слабыми магнитами.

Изначально предполагалось, что в изучаемом слое отсутствует центр инверсии, то есть его внутренняя структура несимметрична относительно замены знаков всех координат на противоположные. Отсутствие центра инверсии приводит к появлению сильного спин-орбитального взаимодействия, то есть взаимодействия между движущейся частицей и ее собственным магнитным моментом, связанным с наличием у частицы спина — вращения частицы вокруг своей оси (но не перемещения ее как целого).

При сильном спин-орбитальном взаимодействии в магнитных материалах появляются сложные спиновые текстуры – скирмионы. Это конфигурации (скопления) магнитных моментов, которые частицей не являются, но по строению подобны ей. Они не принадлежат ни к ферромагнитному, ни к антиферромагнитному порядкам, потому что их магнитные моменты ни параллельны, ни антипараллельны. Скирмионы образуют комбинацию в виде диска с рядами спинов. В центре спин ы направлены вниз, а у краев — вверх. Все спины, находящиеся посередине, являются промежуточными состояниями: если взять по спину из каждого ряда и посмотреть на их расположение, то видно, что они описывают полный круг.

«Хорошо известно, что в магнитных материалах без центра инверсии возможно появление частицеподобных структур скирмионов. Последние могут найти широкое применение в проектируемых устройствах энергонезависимой памяти. В сравнении с устройствами на магнитных доменах в ферромагнитных материалах управление скирмионами как источниками информации требует существенно меньших пороговых значений тока. Использование же внешнего электромагнитного излучения, например, лазера, открывает широкие перспективы для возможности манипулировать отдельными скирмионами в ферромагнитных системах», — заключил ученый.

Работа проходила в сотрудничестве с ученым из Университета Неймегена (Нидерланды).

Дата публикации: 10 ноября 2017 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

В ИЯФ СО РАН готовят «конфетку» СМОЛА

1 неделя 3 дня ago
 Ученые из Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН, вместе со своими российскими и зарубежными коллегами работают над созданием первого в мире термоядерного реактора ИТЭР, который станет важнейшим шагом к термоядерной энергетике будущего. Основной элемент ИТЭР – токамак, замкнутая магнитная установка для удержания плазмы. Сегодня в ИЯФ разрабатывается новый формат альтернативного варианта магнитных ловушек – установок открытого типа. Новая винтовая ловушка СМОЛА по показателям удержания плазмы теоретически должна не уступать топовым токамакам. Эксперименты, которые должны подтвердить расчеты ученых, начнутся в конце 2017 г. Работа поддержана грантом РНФ.

Ученые серьезно задумались об управляемом термоядерном синтезе после испытания первой водородной бомбы, и первой задачей было «приручить» высокотемпературную плазму. Другими словами, добиться определенных параметров температуры, плотности и времени ее удержания.

Если на Солнце плазму удерживает гравитационное поле, то на Земле решили работать с магнитным: советские физики А.Д. Сахаров и И.Е. Тамм в 1950 г. выдвинули идею создания термоядерного реактора на основе принципа магнитного удержания и предложили концепцию замкнутой магнитной ловушки. Так появился токамак – тороидальная камера с магнитными катушками, или, по-простому, «бублик» с током. Работы по созданию токамаков возглавил Л.А. Арцимович, руководитель советской программы по управляемому термоядерному синтезу с 1951 г.

Конфигураций «закрытых» ловушек было разработано несколько, но именно на токамаке Т-3 в московском Курчатовском институте были получены первые, ошеломительные для того времени результаты – плазма с температурой свыше 10 млн градусов по Цельсию. Эти результаты были доложены в Новосибирске на Международной конференции по управляемому термоядерному синтезу в 1968 г., а токамаки с тех пор стали основой мировой термоядерной программы.

Впрочем, сказать, что «победили» именно токамаки, нельзя, пока не существует промышленных термоядерных станций. Сегодня активно исследуются и запускаются стеллаторы, предложенные еще в 1951 г. американцем Л. Спитцером, которые также относятся к замкнутым магнитным ловушкам, а также ловушки открытого типа.

 

Открытые магнитные ловушки для плазмы – это альтернативное решение. В этих простых по геометрии устройствах плазма удерживается в определенном «продольном» объеме, причем для предотвращения ее вытекания по силовым линиям магнитного поля используются разные способы, такие как магнитные «пробки» и специальные расширители. Концепция открытой магнитной ловушки была предложена в 1953 г. независимо двумя учеными – Г. И. Будкером (СССР) и Р. Постом (США). Через шесть лет справедливость этой идеи была подтверждена в эксперименте С. Н. Родионова, сотрудника только что созданного в новосибирском Академгородке Института ядерной физики СО АН СССР. С тех пор ИЯФ является лидером в проектировании, строительстве и экспериментах с ловушками открытого типа.

Конечно, современные установки новосибирских ученых – экспериментальные, т.е. небольшие, импульсные. Но теоретически этот тип открытых ловушек перспективен для использования в промышленном термоядерном реакторе, так как они имеют ряд потенциальных преимуществ по сравнению с замкнутыми: более простое инженерное решение, большая эффективность использования энергии магнитного поля, т.е. более высокая экономичность, к тому же многие из этих устройств могут работать в стационарном режиме.

Сегодня группа физиков из плазменных лабораторий ИЯФ работает над свежей идеей: использовать для подавления продольных потерь плазмы из открытой ловушки магнитное поле с винтовой симметрией, позволяющее управлять вращением плазмы. Для проверки этой концепции создается экспериментальная установка СМОЛА (Спиральная Магнитная Открытая Ловушка).

О том, что из себя представляет открытая винтовая ловушка, в чем ее отличие от «прародителей» и каких результатов ждут ученые от будущих экспериментов, рассказал научный сотрудник ИЯФ СО РАН, к.ф.-м.н. Антон Судников.

«Глобальная идея такая – сделать следующий шаг в изучении удержания плазмы, в улучшении конфигурации открытых ловушек. Может показаться, что это шаг в сторону – потому что весь мир сегодня работает с ловушками замкнутой конфигурации. Но это все то же направление – физика плазмы, и мы хотим экспериментально доказать преимущества открытых форм.

В открытых ловушках силовые линии магнитного поля не замкнуты, и плазма удерживается посередине. А на концах установок, вдоль силовых линий плазма может вытечь – наша задача уменьшить этот поток.

Для уменьшения потерь ставят магнитные пробки, т.е. резко усиливают силу магнитного поля на концах устройства. В газодинамической ловушке ГДЛ таким способом удается очень сильно сузить «горлышки» бутылки, из которой истекает плазма, но полностью избежать потерь нельзя.

В гофрированной ловушке ГОЛ с каждой стороны стоит не одна магнитная пробка, как в ГДЛ, а несколько в зависимости от конфигурации (например, в уже разобранном ГОЛ-3 было около 50 пробок, а в строящемся ГОЛ-NB – по 14 на каждом конце), благодаря чему плазма не просто течет через гладкую трубу, а как бы трется о гофрировку магнитного поля. Из-за силы трения скорость потока получается ниже сверхзвуковой, а значит, и потерь будет меньше. Так как расстояние между пробками жестко задано, сделать их бесконечно близкими нельзя, но можно увеличить длину этих многопробочных секций, что улучшает параметры удержания плазмы.

Чтобы уменьшить истечения плазмы, такие многопробочные секции следует в прямом смысле слова двигать к центру. При этом сама плазма будет «стоять», а вдоль нее «пролетать» магнитные пробки, создавая силу трения и увлекая вещество за собой. Идея двигать пробки возникла одновременно с самой идеей многопробочной ловушки. Но в то время задачу посчитали невыполнимой и нерентабельной, ведь чтобы создать такое бегущее поле, нужна невероятная мощность.

Идея обмануть вещество, создать такую конфигурацию стационарного магнитного поля, чтобы плазме «казалось», что оно движется к центру, возникла в конце 2012 г. Как известно, плазма в открытой ловушке всегда вращается, и есть задачи, когда ее нужно целенаправленно вращать. Вопрос только в том, можно ли это вращение использовать для чего-то еще.

Идея состояла в том, чтобы создать магнитное поле в виде винта. Представьте себе шнек мясорубки, который крутит измельченное мясо в нужном направлении. У нас аналогично с двух сторон от центрального отсека с плазмой создается винтовая нарезка поля, но при этом разная – с правым и левым винтом. С одной стороны, магнитное поле тащит плазму влево, с другой – вправо. Таким образом обе эти концевые секции закачивают плазму обратно. Конечно, полностью избавиться от потерь при этом нельзя – когда поток плазмы слабеет, частицы друг с другом даже не сталкиваются. Но если нам удалось сделать поток таким редким, значит, мы на порядок, а то и на два выиграли по параметрам удержания.

Эта концепция позволяет создать установку, которая по своим характеристикам может быть сравнима с нынешними топовыми токамаками. Сложность только в том, что пока эта идея – теоретическая. Но уже осенью 2017 г. мы заканчиваем сборку установки СМОЛА и наступает новый этап – экспериментальный.

Для нашего уникального эксперимента нужно не так уж и много: одной винтовой магнитной пробки, узла, где создается плазма, и ее приемника, а также расширителя, вытягивающего вещество в магнитное поле. Пока мы работаем над созданием источника плазмы со строго определенными характеристиками, чтобы наши теоретические расчеты подтвердились экспериментом.

Если удастся доказать, что несмотря на технические сложности, винтовая форма открытой магнитной ловушки дает существенный выигрыш, то в устройства следующего поколения, которых планируется создавать в ИЯФ, будут встраиваться наши винтовые секции. Уже сейчас мы видим тот путь, который хотим пройти, дорожную карту своей работы, как и практические применения нашей технологии.

Винтовые ловушки могут использоваться как нейтронные источники для исследования поведения материалов при контакте с плазмой, создания подкритичных (неспособных самостоятельно поддерживать ядерную реакцию) реакторов, но в первую очередь для строительства «обычных» АЭС. Некоторые конфигурации винтовых ловушек увеличивают скорость потока плазмы до 100 км/сек, что служит необходимым условием для двигателей космических кораблей, транспортирующих спутники с геосинхронной орбиты на, к примеру, орбиту Луны.

Через одно-два поколения открытых ловушек можно будет говорить о создании полноценных реакторов, причем работающих на бестритиевых топливах, например, с использованием реакции синтеза дейтерий-дейтерий. Токамаки же работают с реакцией дейтерий-тритий, из-за чего возникает серьезная проблема радиоактивного потока нейтронов. Поэтому так много внимания в проекте ИТЭР уделяется созданию сверхпрочных материалов и мощной биозащиты. Реакция синтеза двух атомов дейтерия порождает меньше нейтронов, с которыми теряется энергия, и сопровождается меньшей радиоактивностью.

Преимущество термоядерной реакции синтеза дейтерий-тритий в том, что человечество уже получает с ее помощью плазму. Чтобы стала возможна другая, более энергетически выгодная реакция, требуются намного большие температуры, плотность и время удержания плазмы, но таких технологий еще не создано.

Впрочем, говорить о безнейтронных реакторах как о далеком будущем тоже не стоит. На открытой ловушке с улучшенным удержанием плазмы можно теоретически достичь параметров, необходимых для реакции дейтерий-дейтерий, тогда как экспериментально доказано, что на токамаках для этого есть серьезные ограничения.

Естественно, нашу модель еще нужно проверять, оптимизировать, требуется большая опытно-конструкторская работа. Но уже сейчас ясно, что это начало интересной научной истории, в конце которой нас ожидают результаты, которые могут оказаться очень важными для термоядерной энергетики будущего».

газодинамическая ловушка ГДЛ

** плазменный поток в расширителе

Дата публикации: 10 ноября 2017 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru
Выбранный
58[2] минут 56[2] секунд ago
Подписаться на лента Новости РНФ