2013 год был для всего российского академического сообщества очень сложным, ведь научные коллективы были вынуждены вести свою научную деятельность в ситуации реформы РАН – ситуации неопределенности. Не взирая на это, работа продолжалась и, следуя сложившейся традиции, в День российской науки мы подводим итоги: рассказываем о значимых результатах, полученных учеными Томского научного центра СО РАН.

 

В Институте оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН сотрудниками лаборатории теоретической спектроскопии проведен анализ спектров молекул парниковых газов, ацетилена и сероводорода в широком диапазоне длин волн, получен большой объем информация о параметрах спектральных линий молекул, что позволило внести существенный вклад в международную базу данных HITRAN. Была создана информационная система импорта, экспорта и представления данных в молекулярной спектроскопии для решения задач мониторинга состава атмосферы, оптики атмосферы и астрофизики. Выполнено глобальное моделирование спектров молекулы метана. Результаты исследований получили высокую оценку международных экспертов и представлены в высокорейтинговом журнале Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer.

В лаборатории распространения волн разработаны методы атмосферной дистанционной когерентной доплеровской анемометрии, открывающие новые возможности в комплексном использовании лидаров для исследования и мониторинга динамических турбулентных процессов в атмосфере. Впервые в мировой практике найдены количественные соотношения, позволяющие оценивать время жизни самолетных вихрей, а также дефицит скорости и протяженность шлейфа ветровых турбин в пограничном слое атмосферы.

В лаборатории оптической локации выполнен анализ характеристик распространяющихся в турбулентной атмосфере лазерных пучков, несущих оптический вихрь. Установлено, что по сравнению с обычными пучками вихревые менее подвержены влиянию турбулентности. Полученные результаты открывают широкие перспективы использования вихревых пучков для передачи данных по атмосферным оптическим линиям связи.

Сотрудниками лаборатории лазерной атмосферной абсорбционной спектроскопии и Сибирского государственного медицинского университета предложена неинвазивная технология контроля герметичности бронхолегочной системы при хирургических вмешательствах в условиях искусственной вентиляции легких с применением лазерного оптико-акустического течеискателя, разработанного совместно с Институтом лазерной физики СО РАН. Использование новаторской технологии в торакальной хирургии позволит значительно сократить послеоперационный период реабилитации пациентов. Технология защищена патентом России, апробирована в опытах на животных.

В лаборатории климатологии атмосферного состава в рамках исследования механизмов современных климатических изменений впервые на основе длинных (1966–2012 гг.) рядов наблюдений 25 российских метеорологических станций проведен анализ региональных особенностей пространственно-временного распределения характеристик нижней облачности над территорией Сибири. Выявлено повсеместное увеличение количества облаков нижнего яруса в период глобального потепления 1976–2005 гг., сменившееся на уменьшение или менее интенсивный его рост в 2006–2012 гг.

 

Институтом химии нефти СО РАН в 2013 году было заключено 6 лицензионных договоров на производство композиций ГАЛКАR, МЕТКАR, НИНКАR, ИХН-ПРО и технологии на их основе для увеличения нефтеотдачи пластов. Совместно с компанией «Винтерсхалл Холдинг ГмбХ» (Германия) проведены лабораторные испытания новых композиций термогелей с использованием термостойкого биополимера для повышения нефтеотдачи пластов на месторождениях Германии.

Показано, что результаты исследований состава нефти и ее высокомолекулярных компонентов, в том числе изменения его по площади и разрезу месторождения, могут быть использованы для решения многочисленных вопросов, возникающих при разведке нефтяных месторождений, добыче и последующей переработке углеводородного сырья.

Учеными института были получены экспериментальные данные, свидетельствующие об эффективности акустической обработки нефтесодержащих систем с целью улучшения их реологических свойств, которые могут быть использованы в практических целях при определении условий транспорта смолистых парафинистых нефтей. Результаты исследований механохимических и термических превращений высокомолекулярных компонентов нефтяных систем представляют интерес для разработки новых и усовершенствования существующих технологий переработки тяжелого и нетрадиционного углеводородного сырья.

Удалось создать новые каталитические системы и разработать эффективные способы их применения для химической переработки природного и попутного газов, получения высококачественных моторных топлив из нефтяного сырья. Также предложены нетрадиционные подходы к очистке углеводородных газов от сернистых соединений с целью их последующего рационального использования.

 

Основа всех исследований и разработок Института сильноточной электроники СО РАН – это фундаментальные исследования быстропротекающих (нано- и пикосекундных) электрофизических процессов. В 2013 году крупного успеха в этом направлении достигли ученые лаборатории вакуумной электроники, которым впервые в мире удалось зарегистрировать в динамике и при этом с высочайшим разрешением спектры излучения одиночного катодного пятна. Полученные результаты расставили многие «точки над i» – и одновременно задали новые вопросы в сложной физике взрывоэмиссионных явлений.

Институт стабильно демонстрирует новые идеи и результаты в области получения сверхмощных импульсов электромагнитного излучения. Не стал исключением и 2013 год. В отделе физической электроники показана возможность резкого сокращения времени задержки взрывной эмиссии электронов и пикосекундной стабилизации фронта тока сильноточных электронных пучков. Это позволяет с недостижимой ранее точностью запускать питаемые такими пучками СВЧ-генераторы и когерентно суммировать мощности излучения сразу нескольких таких устройств. А в лаборатории высокочастотной электроники впервые предложен и реализован уникальный импульсно-периодический источник сверхширокополосного электромагнитного излучения с круговой поляризацией, в котором используются спиральные антенны, возбуждаемые наносекундными биполярными импульсами.

Значительные успехи были достигнуты в отделе высоких плотностей энергии, где совместно с коллегами из Чешского технического университета продолжались исследования по получению потоков нейтронов при сжатии плазменных лайнеров мегаамперным током на импульсном генераторе ГИТ-12. Данные исследования имеют прямое отношение к известной проблеме инерциального термоядерного синтеза.

Методы сильноточной электроники подтвердили свою эффективность и в решении технологических задач. В лаборатории плазменной эмиссионной электроники разработана методика и продемонстрирована возможность легирования титана кремнием с образованием многослойного композитного материала, чрезвычайно интересного для промышленных применений вследствие сочетания легкости и тугоплавкости. В этой технологии задействован высокоинтенсивный электронный пучок субмиллисекундной длительности.

В лаборатории прикладной электроники разработан метод формирования тонких наноструктурированных композитных пленок посредством магнетронного распыления никелевых и цирконий-иттриевых мишеней. Такие пленки представляют значительный интерес при их использования в твердооксидных топливных элементах для водородной энергетики.

 

В Институте физики прочности и материаловедения СО РАН совместно с ООО «Ангиолайн» (г. Новосибирск) создано устройство, которое поможет больным с мерцательной аритмией сердца избежать инсульта. Это кардиологический имплантат из никелида титана, предназначенный для окклюзии (закупорки) ушка левого предсердия с целью профилактики инсультов у пациентов с фибрилляцией предсердий. В основе этого инновационного продукта лежит разработанная в ИФПМ СО РАН ионно-плазменная технология инжиниринга поверхностных слоев медицинских имплантатов, обеспечивающая повышение их биомеханической совместимости и многократное улучшение физико-химических свойств имплантатов. Благодаря предшествующим фундаментальным исследованиям, проведенным двумя академическими институтами Сибирского отделения РАН – ИФПМ СО РАН и ИХБФМ СО РАН, разработан способ формирования покрытия, которое приводит к быстрой изоляции имплантата от биосреды благодаря образованию на его поверхности тонкой пленки из биологических клеток. Тем самым он обеспечивает условия для быстрой интеграции имплантата в организм человека.

При выполнении государственного контракта по Федеральной целевой программе Минобрнауки РФ в ИФПМ СО РАН, совместно с бизнес-партнером – ООО «Ангиолайн», были разработаны самораскрывающиеся конструкции кардиоимплантатов зонтичного типа (окклюдеры), а совместно с Национальным исследовательским Томским политехническим университетом разработано и создано оборудование для ионно-плазменной обработки в условиях опытно-промышленного производства с годовым выпуском изделий не менее 10 000 комплектов. В данной работе принимали участие специалисты НИИ кардиологии ТНЦ СО РАМН (г. Томск), которые проводили доклинические испытания разработанных кардиоимплантатов на животных.

Разработанный кардиологический имплантат для пациентов, страдающих мерцательной аритмией сердца, является успешным примером получения в России высокотехнологической кардиологической продукции, первым в данной линейке кардиоимплантатов.

Также ИФПМ СО РАН совместно с Национальным исследовательским Томским политехническим университетом по заданию РКК «Энергия» при поддержке технологической платформы «Легкие и надежные конструкции» проводит разработку комплекса диагностики сварных соединений, полученных сваркой трением с перемешиванием, для создания космических аппаратов многоразового использования. В России в настоящее время сделан акцент на развитии технологической базы, обеспечивающей производство космических средств мирового уровня. Одним из таких современных и высокоэффективных подходов является сварка трением с перемешиванием. При этом важнейшее значение для обеспечения безаварийной эксплуатации космических аппаратов приобретает вопрос контроля качества соединений. Внедрение разрабатываемой высокоэффективной технологии активно-пассивного контроля качества соединений, полученных сваркой трением с перемешиванием для изготовления корпусных элементов ракетно-космической техники нового поколения, позволит создать надежные аппараты, в том числе для решения задач по освоению дальнего космоса.

 

В Институте мониторинга климатических и экологических систем СО РАН ведутся фундаментальные исследования, связанные с прогнозированием глобальных изменений климата. Одна из серьезных проблем всей Западной Сибири – это ее высокая заболоченность, достигающая 80 %. Результаты многолетних исследований показали, что территории, примыкающие к водораздельным болотам, и дренированные приречные пространства, в разной степени фрагментированные болотами первичных понижений, являются особыми природными системами. Они получили название – лесоболотные экотоны. Элементами такого лесоболотного экотона являются его блоки, сменяющиеся в пространстве – от фоновых типов леса до растительных сообществ с доминирующими болотными видами. Лесоболотные экотоны существуют за счет главного системообразующего фактора, обеспечивающего устойчивый механизм ее самовоспроизводства – режима увлажнения.

Учеными ИМКЭС СО РАН установлены закономерные количественные связи гидрологических, почвенных и растительных компонентов в экотонах и выявлена роль болот как главного фактора, определяющего развития природных процессов в направлении прогрессирующего заболачивания. Проводимые исследования показывают агрессивность процессов заболачивания и слабую зависимость от современных климатических процессов. Это автономно развивающийся процесс, способный замедлятся или ускорятся, но не останавливаться. Как при потеплении, так и при похолодании болота наступают, осложняя освоение ресурсов Западно-сибирского региона, развитие сельского и лесного хозяйства. Полученные закономерности являются необходимыми для прогноза развития заболоченных ландшафтов Западной Сибири и разработки долгосрочных планов социально-экономического развития.

 

Научными сотрудниками Отдела структурной макрокинетики ТНЦ СО РАН совместно с сотрудниками Сибирского государственного медицинского университета была выполнена  работа по созданию системы сиквенс-специфичного выделения нуклеиновых кислот на основе суперпарамагнитных наночастиц феррита кобальта для повышения эффективности молекулярно-генетической диагностики. Она может быть использована для создания коммерческих наборов для выделения матричной рибонуклеиновой кислоты (она отвечает за перенос информации о первичной структуре белков от ДНК к местам синтеза белков), систем автоматического выделения нуклеиновой кислоты, наборов для очистки реакционных смесей, разработки методов выделения патологических клеток и специфических белков. Уже проведена технико-экономическая оценка рыночного потенциала разработанной системы для целей клинической диагностики. Результаты показали, что проект имеет хорошие перспективы для внедрения на российском и зарубежном рынках.

 

В Томском филиале Института вычислительных технологий СО РАН совместно с Томским государственным университетом выполнена модернизация мезомасштабной метеорологической модели TSU-NM3, которая была опробована для прогнозирования экстремальных погодных условий – прохождения грозы, сильного мороза и оттепели вблизи томского аэропорта. Одни из особенностей модели это: включение современной схемы явного представления микрофизики влаги для повышения точности расчетов ее сопряжение с расчетами по глобальной модели прогноза погоды Гидрометцентра РФ ПЛАВ для повышения точности расчетов. Мезомасштабная модель TSU-NM3 включает трехмерные нестационарные уравнения гидротермодинамики атмосферного пограничного слоя с параметризацией турбулентности, микрофизики влаги, длинноволновой и коротковолновой (солнечной) радиации, адвективного и скрытого потоков тепла в атмосфере и на границе ее взаимодействия с подстилающей поверхностью. Научный коллектив разработал новый эффективный параллельный метод решения уравнений мезомасштабной метеорологической модели атмосферного пограничного слоя над ограниченной областью с высоким разрешением, что позволяет более чем в 20 раз сократить время получения краткосрочного численного прогноза.

 

В 2013 году в Томском филиале Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН была проведена большая работа по изучению проблемы высокого содержания железа в питьевых подземных вод Томской области. Концентрация железа в подземных водах, а также и в болотных, достигает 30-40 мг/л, что более чем в 100 раз превышает предельно допустимые концентрации. Проблема заключается в том, что эти воды используются для водоснабжения населения. Избыток железа в питьевой воде поражает костную систему, почки, печень, увеличивает риск инфарктов, вызывает аллергические заболевания. В крупных населенных пунктах центральное водоснабжение поставляет воду надлежащего качества, достигаемого при помощи станций обезжелезивания. Однако в сельской местности, где более 30 % жителей пользуются водой без предварительной ее подготовки, проблема все еще стоит остро. Сотрудники ТФ ИНГГ СО РАН ежегодно в процессе экспедиционных исследований отбирают пробы воды по всей области, анализируют, моделируют различные геохимические процессы с использованием специальных программ. По итогам этой работы выявлены источники железа как в подземных, так и в болотных железосодержащих водах, впервые разработаны схема и механизм мобилизации железа из горных пород.

В 2013 году деятельность ученых Томского научного центра СО РАН получила признание на самом высоком уровне. Николай Николаевич Коваль, заместитель директора по научной работе и заведующий лабораторией плазменной эмиссионной электроники Института сильноточной электроники СО РАН в составе авторского коллектива удостоен Премии Правительства Российской Федерации в области образования за создание базы знаний энциклопедического характера «Электроника в техническом университете».

По итогам конкурса государственной поддержки ведущих научных школ в 2014 году гранты Президента Российской Федерации получили академик Виктор Евгеньевич Панин, научный руководитель ИФПМ СО РАН («Разработка подходов и методов нелинейной механики к конструированию многослойных наноструктурных покрытий с высокой диссипативной способностью для работы в экстремальных условиях нагружения») и директор ИАО СО РАН Геннадий Григорьевич Матвиенко («Лазерное зондирование атмосферы и океана»).

 

Ольга БУЛГАКОВА.