Новости

Физик-экспериментатор об уникальном приборе, облученных продуктах и китайском копипасте

21 октября 2015г.

Журналисты портала 66.ru побеседовали с доцентом кафедры экспериментальной физики УрФУ Александром Черепановым

 

Нередко современных ученых обвиняют в оторванности от реального мира: мол, вложения в фундаментальную науку — это хорошо, но что делать с этими знаниями в существующих реалиях? Александр Черепанов — тот человек, который объединяет теоретический мир ученых с практическим миром приборостроителей. С одной стороны Александр — кандидат физико-математических наук, доцент кафедры экспериментальной физики, с другой — заместитель директора Центра УрФУ по работе с предприятиями. Он пригласил нас, чтобы рассказать об ЭПР-спектрометре — приборе, с помощью которого можно исследовать различные вещества, находить залежи урана и алмазов, а еще… определять качество пива и свежесть сливочного масла.

 

Прибор — не просто какая-то фантастическая научная разработка, существующая в единственном экземпляре. Это уже действующий аппарат: специалисты НПО автоматики им. академика Семихатова реализовали идеи ученых, изготовив серию из четырех приборов. По словам ученых, этот ЭПР-спектрометр — настоящий прорыв в приборостроении, не только отечественном, но и мировом. Почему? Об этом расскажет Александр Черепанов.

 

О приборах и приборищах

Спектрометров разработано великое множество. Это общее название для приборов, которые измеряют спектр какого-либо излучения. В нашем случае измеряется электронный парамагнитный резонанс, сокращенно — ЭПР. Что это такое? Все вещества состоят, как известно, из атомов. Количество атомов ограничено — их в таблице Менделеева сто с небольшим. Но в молекулах эти атомы могут совершенно по-разному соединяться — в итоге вещества получают разные свойства. Классический пример — графит и алмаз: один и тот же атом углерода, но совершенно разные свойства.

 

Сегодня существует целый класс приборов, рассчитанных на определение атомного состава. Скажем, у нас на кафедре стоит аппарат, который за пару секунд определит, золото вы купили или, что называется, «металл желтого цвета». Наши студентки любят на нем свои украшения проверять.

 

С органическими соединениями — сложнее. Возьмем фармацевтику. Например, вы пьете аспирин, и он вам не помогает. Проверяете его — все компоненты нужные, атомы именно тех веществ, что и должны быть. Почему тогда свойства препарата не проявляются? Да просто потому что при синтезе молекулы что-то пошло не так, атомы соединились в иной последовательности. Наш прибор как раз позволяет определить, как связаны между собой атомы. Метод ЭПР-спектроскопии помогает нам в этом. Через образец, размещенный в магнитном поле спектрометра, пропускают СВЧ-излучение (почти как в микроволновке) и наблюдают за тем, как оно поглощается. Заметное поглощение наблюдается тогда, когда магнитное поле спектрометра расщепляет энергетические уровни образца до величины, сопоставимой с энергией кванта СВЧ-излучения — происходит, как говорят, резонансное поглощение, которое мы и фиксируем. У разных веществ это происходит, конечно, при различных значениях магнитного поля.

 

Метод ЭПР-спектроскопии совсем не новый. Он был открыт в России в 50-х годах прошлого века казанскими учеными. Параллельно развивались две ветки магниторезонансных исследований: электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) и ядерно-магнитный резонанс (ЯМР). Последний получил большее распространение — многие медицинские томографы основаны именно на этой технологии. Хотя возможности ЭПР гораздо шире. Все потому, что реализовать приборы на основе ЭПР-технологии сложнее. Конечно, ЭПР-спектрометры существуют. Но как выглядит такой аппарат? Это шкаф, занимающий полкомнаты, весит он 3–5 тонн, стоит $2–3 млн.

 

Наш ЭПР-спектрометр по-настоящему уникален. Ученые из Института естественных наук Александр Ицекович Рокеах и Михаил Юрьевич Артемов более 30 лет разрабатывают эту тему. Они изменили принцип регистрации сигнала, за счет чего оказалось возможным без ухудшения измерительных возможностей резко уменьшить размеры прибора и его стоимость — рыночная цена нашего спектрометра 2–2,5 млн руб. Это действительно фундаментальный прорыв.

 

О качестве пива, радиоактивных топазах и ядерной энергетике

В Германии ЭПР-спектрометры стоят в каждой пивоварне — с их помощью производители определяют вкус и качество пива. Сладкое пиво, солоноватое, горьковатое, нормальное или испорченное — напиток состоит из одних и тех же атомов. Но от того, в какой последовательности они соединены, зависит вкус. А в какой-то момент некоторые из этих связей рвутся — пиво начинает портиться. ЭПР-спектрометр позволяет это видеть. За счет чего? Если где-то связь рвется, появляется неспаренный электрон, а он представляет собой маленький магнит. Поведение этого маленького магнита ЭПР-спектрометр как раз может фиксировать. Наши студенты, кстати, знают о возможностях прибора при работе с пивом. От желающих лично принять участие в определении качества пенного напитка отбоя нет, тем более что для проведения исследования хватает пары капель. Остальной объем просто «утилизируется».

 

Этим прибором можно измерить качество любых продуктов. Возьмем, к примеру, сливочное масло. На упаковке написано: срок хранения один месяц при такой-то температуре. Но никто ведь не знает, соблюдались эти условия или нет. Если в спектрометр поместить кусочек такого масла, можно увидеть, сколько в нем стало свободных — разорванных связей. Чем дольше масло хранится, тем больше разорванных связей получается.

 

Главное — построить методику исследования. Для этого мы берем заведомо качественные продукты, измеряем их спектр. Затем берем заведомо испорченные и тоже смотрим их спектр. У нас получается по сути некий набор эталонов. Соответственно, когда мы будем исследовать уже конкретный продукт, мы будем смотреть, к какому спектру он стремится: хорошему или плохому.

 

Но мы же кроме прочего работаем и на атомную промышленность. Одна из задач нашей кафедры связана с дозиметрией. Наиболее раскрученный дозиметр — счетчик Гейгера: именно его обычно показывают в фильмах. Но этот прибор рассчитан на персональную дозиметрию, то есть измерение относительно малых доз. А сегодня активно развиваются радиационные технологии, существуют промышленные ускорители — большими дозами облучения стерилизуют медицинские материалы и драгоценные камни, добиваясь нужного цвета, обрабатывают семена и продукты.

Драгоценные камни часто «дорабатывают» с помощью радиационного облучения.Обычно кристаллы по природе своей абсолютно прозрачны либо имеют металлический блеск. А все дополнительные цвета — голубые, синие, зеленые — это либо химические примеси, либо радиационное облучение. Облучение радиацией выбивает какой-то из атомов, то есть рвет связь, возникает дефект, и кристалл сразу ведет себя иначе, проявляет другие свойства. Скажем, голубые топазы, которые так любят многие женщины, часто облучают на ядерных реакторах: подложат прозрачные камни, они получат определенную дозу, возникнут радиоактивные изотопы. Вначале такие камни просто становятся коричневыми. Их убирают в шкафчик на три года, чтобы радиация спала, после этого они приобретают правильный голубой оттенок. Для человека эта доза уже практически не опасна. Но вы ведь понимаете, что обычно на рынке нет такого времени. Создают условия, при которых камень быстро изменяет цвет до нужного, а радиация из него до конца не уходит. И вы никогда не узнаете, что носите камень с радиоактивным следом. Потом раз — опухоль мозга.

Современные ускорители не оставляют радиационного следа. Они работают по другому принципу — за счет направленного пучка электронов. Такие ускорители, в отличие от ядерных реакторов, просто не создают радиоактивных изотопов. В ядерном реакторе задействованы нейтроны — это незаряженные частицы, они легко могут провзаимодействовать с любым ядром, изменив его свойства. Новые ядра находятся в состоянии возбуждения, которое снимается как раз испусканием радиации. А электроны ускорителя до ядер не доходят, они рвут только электронные связи.

Для человека такие ускорители не опасны. Вернее опасны, только когда включены. Как лампа: включена — свет есть, выключили — свет погас. Здесь так же: облучение происходит, пока включен рубильник. Понятно, что в это время в рабочем помещении нет людей. Как только рубильник выключили, человек может заходить. У нас на кафедре стоит такой ускоритель — мы на нем стерилизуем медицинские расходники: шприцы, бинты, шовный материал. Может облучать и кристаллы.

Облучению подвергаются не только камни, но и продукты. Скажем, все орехи, ввезенные из стран Юго-Восточной Азии, обработаны на таком вот ускорителе. Или «свежие» ягоды, которые посреди зимы красуются на прилавках супермаркетов. Ведь та же голубика из леса — ты ее утром сорвал, и если на столе оставил, она уже к обеду киснуть начнет. А эти ягоды неделями не портятся. Почему? Потому что прошли радиационную обработку. Об этом нигде не пишут, но подавляющее большинство продуктов, которые вы сегодня едите, попадают в магазин после такого вот ускорителя.

В такой обработке нет ничего плохого — но только при том условии, что она проведена правильно: продукт облучался нужной дозой нужное количество времени. Тут всё просто: чтобы человек умер, нужна доза 6 килогрей. Чтобы заяц погиб — 12. А бактерии нужно уже 100 килогрей. Чем проще организм, тем сложнее его поломать. Грибки погибают при дозе в 200 килогрей, вирусы — при 300.

Если дать дозу больше, чем нужно, гибнут не только вредные микроорганизмы — начинает разрушаться сам продукт. Возникают свободные радикалы, а именно они так опасны для человека. Это и есть те самые канцерогены, которые вызывают онкологические заболевания.

Наш ЭПР-спектрометр как раз позволяет видеть количество свободных радикалов. В результате мы можем сказать, какая доза была получена, опасно есть такой продукт (или носить такой камень) или нет.

О государственной помощи, нежелании нефтяников зарабатывать и шустрых китайцах

Ученых, занимающихся ЭПР-спектрометрией, не так много. В России если человек 100 наберется, то хорошо. Исследования, которые они проводят, связаны больше с фундаментальной наукой — наш спектрометр выбивается своей практичностью. А вот соседняя Белоруссия в плане прикладных разработок по ЭПР-методике продвинулась немного дальше. Всё благодаря бывшему главе страны Станиславу Шушкевичу. Он сам ядерщик, радиоэлектронщик, ЭПР-спектрометрия — его тема. В свое время, еще в 90-е, он своим коллегам направил весьма приличное количество денег. В итоге они совместно с немцами разработали отличный ЭПР-прибор, который распознает рак на ранних стадиях. Подобные приборы уже сертифицированы для России, в Москве работает сеть клиник, которые делают ЭПР-тесты, причем с очень высокой степенью достоверности.

Мы тоже хотим двигаться с сторону фармацевтики. Самое важное в этом деле, впрочем, как и в случае с продовольственными продуктами, — выработать методику. Те же белорусы, прежде чем выпускать свой скрининговый ЭПР-спектрометр на рынок, провели не одну тысячу клинических исследований, собрали материал, описали все возможные виды спектра. Они выделяют плазму из крови, специальным образом ее обрабатывают, изучают определенный белок и по изменениям его свойств делают заключение о наличии или отсутствии патологии. Ведь просто сама по себе информация ничего не дает: засунешь капсулу с кровью — тебе прибор выдаст какой-то результат, но что с ним делать, как и что определять — непонятно.

Нефтяники, используя наши ЭПР-спектрометры, вполне могли бы получать дополнительный доход, если бы захотели. Нефть, протекая по пластам земли, собирает на себя определенные элементы. Например, ванадий. Это стратегический металл. Из него делают ответственные элементы в корабле- и авиастроении. И ванадий можно добывать из нефти: вначале очищать углеводородное сырье от примеси металла, потом уже перерабатывать. Американцы, канадцы, кстати, так и делают. А увидеть ванадий в нефти можно на нашем ЭПР-спектрометре.

Но когда приходишь к нефтяникам с предложением о сотрудничестве, они достают свои технические требования: мол, у нас в регламенте никаких ЭПР-спектрометров нет, а менять технологию мы не имеем права. Внедрение таких решений, по сути, никому не нужно. Если ты не гарантируешь мгновенное повышение рентабельности, тебя никто не будет слушать.

Зато китайцы проявляют к спектрометру огромный интерес. Они, совсем не стесняясь, говорят: давайте сделаем ваши приборы под нашим брендом. Корпуса — наши, вся начинка — ваша. Рынок сбыта вполне понятен: ЭПР-спектрометрия используется при поиске полезных ископаемых — от алмазов до урановых руд. Но отдавать наши технологии китайцам, честно говоря, не хочется. Лучше мы как-нибудь сами выйдем на зарубежные рынки. Там мышление другое, там выгоды нашего прибора прекрасно понимают. И с этой точки зрения у него прекрасные перспективы.

Анастасия Фортуна, материал портала 66.ru

УрФУ — участник Проекта 5-100, ключевым результатом которого должно стать появление в России к 2020-му году современных университетов-лидеров с эффективной структурой управления и международной академической репутацией, способных задавать тенденции развития мирового высшего образования.

Александр Черепанов рассказал об ЭПР-спектрометре. Фото: Татьяна Гордеева, 66.ru

Реклама на сайте:

Размещение пресс-релиза на главной странице со ссылками и изображениями  info@promreg.ru


Новости

Российский Чемпионат по системам искусственного интеллекта «RAIF-Challenge 2017» пройдет при поддержке «АльфаСтрахование»
26 сентября 2017г.

 Онлайн-чемпионат пройдет с 20 сентября по 25 октября в рамках масштабного Российского форума по системам искусственного интеллекта RAIF (Russian Artificial Intelligence Forum). Цель «RAIF-Challenge 2017» – дать возможность компаниям и специалистам в области Machine Learning (ML) продемонстрировать полезность этих технологий для крупного бизнеса. 

В Башкортостане будут развивать энергоэффективное деревянное домостроение
26 сентября 2017г.

 Высокотехнологичные деревянные дома могут стать доступным решением жилищного вопроса для жителей Башкортостана. В коттеджном поселке «Нагаевский парк» построили первый энергоэффективный коттедж на деревянном каркасе по новой комплексной системе ДОМ ТЕХНОНИКОЛЬ. В его презентации принял участие заместитель Председателя Государственного комитета по строительству и архитектуре Республики Башкортостан Артем Ковшов. 

Убытки стеклотарных предприятий РАТМ Холдинга из-за аварии на линии электропередач могут составить 66 млн рублей
26 сентября 2017г.

 Авария на линии электропередач, принадлежащей ОАО «РЭС», в Заельцовском районе, случившаяся 25 сентября в 10.07 на два часа оставила без электроэнергии предприятия, расположенные на территории АО «Завод «Экран».

Все новости

Выставки

www.promsalon.ru
27 сентября 2017 г. - 29 сентября 2017 г.
MSV Mеждународная машиностроительная выставка, Чехия/Брно
03 октября 2017 г. - 07 октября 2017 г.
Станкостроение
10 октября 2017 г. - 13 октября 2017 г.
Все выставки

Объявления

19.09.2017г.
Продам плиты поверочные,шаброванные, чугунные

Металлы

Срочно продам плиты поверочные чугунные 1000х750—1 шт. Цена 25 000р./шт. 1000х1600—1 шт. 1000х1500—2 шт. 920х1600—2 шт. Поверхность практически идеальная, есть подставки/каркас Цена 40 000р./шт. Нал. Москва ...
18.09.2017г.
Продам газгольдер

Александр

Продам газгольдер объёмом 2,7 и 4,8 м куб. Новая запорная арматура. Полностью обслужен. Монтаж, гарантия, обслуживание. Цена от 70 тыс руб. тел: +79032314129 www.prodazha-gazgoldera.ru ...
14.09.2017г.
рубочная машина для стеклОволокна. оборудование для рубки стекловолокна, искусственных нитей, ветоши, базальтового волокна,канатов

"Волокно-Техномаш"

рубочная машина для стеклОволокна. оборудование для рубки стекловолокна, искусственных нитей, ветоши, базальтового волокна,канатов. Станок состоит из приемного устройства в виде двух резиновых прижимающихся между собой роликов, которые служат для подачи к ...
12.09.2017г.
Предлагаем следующий металл

ООО «Альбатрос»

Предлагаем следующий металл 1. лист 8 мм 1,5х6,0м в кол-ве 20 тн. по цене 20.000руб. за тонну. 2. лист 8 мм 1,5х2,0-4,0м в кол-ве 10 тн. по цене 18.000руб. за тонну. 3. балка ...
12.09.2017г.
Нержавеющие трубы, круги, отводы, фланцы.

Металлы

Имеется в наличии труба бесшовная ст.12х18н10т Ф 219х10 дл. 3500 (3 шт.)—545кг.цена 200р./кг. Ф 194х16—1т.цена 250р./кг. Ф 273х23 дл. 3000—428кг. ф 355х34 дл. 1820—492кг. круг aisi 316L ф105 дл 2700-2800 вес—1300 кг. Цена 300р./кг. ...
11.09.2017г.
Продам газгольдер

Александр

Продам газгольдер объёмом 2,7 и 4,8 м куб. Новая запорная арматура. Полностью обслужен. Монтаж, гарантия, обслуживание. Цена от 70 тыс руб. тел: +79032314129 www.prodazha-gazgoldera.ru ...
05.09.2017г.
неликвиды силового кабеля купим с хранения, остатки

Фторопласт

по регионам России закупим кабель силовой оптом, после монтажа, с хранения, невостребованный кабель, из числа неликвидов. выкупаем склады с продукцией. марки вббшв, ввгнг, авббшв, пввнг, апвп, ас, сип, аашв, аабл, ...
05.09.2017г.
Купим фторопласт ф4, ф4к20 втулки, стержни, пластины, плёнку, порошок

Фторопласт

на постоянной основе купим: втулки фторопластовые ф4, ф4к20 высотой от 50 мм. фторопластовую плёнку ф4 ко, эо, ио, эн, ин. Фторопластовый порошок ф4 пн. фторопластовые стержни, круг, пластины, трубку ф4д, ...
05.09.2017г.
Закупаем оргстекло неликвиды, с хранения, остатки

Фторопласт

Закупаем оргстекло оптом по необходимости из числа неликвидов, невостребованный материал, с хранения. Высылайте марки, толщины, раскрои листов. Указывайте есть ли защитная плёнка, упаковка. Количества по позициям. Город отгрузки. Обязательно фотографии ...
05.09.2017г.
Закупаем электрокартон, асболенту с хранения, неликвиды, остатки

Фторопласт

Закупаем электрокартон рулонный, листовой различных марок, особенно интересна марка эв. Оптом. асболента. С хранения, складские остатки, из числа неликвидов. обязательно высылайте фотографии материала, размеры: на рулоны ширина рулона, толщина; на ...
Все объявления