Поиск - новости науки и техники

Луч как ключ. Рентгеновская дифракция раскрывает тайны материи.

В Санкт-Петербурге состоялась XI Европейская конференция по высокоразрешающим рентгеновским дифракционным методам исследований (XTOP). В числе 250 участников из 20 стран – представители крупнейших зарубежных университетов и научных институтов, таких как DESY, SPRING-8, ESRF.
XTOP – “кодовое название” авторитетной научной площадки, на которой собираются ведущие специалисты в области кристаллографии, молекулярной биологии, нанобиотехнологий, медицины. Конференция проводится раз в два года в различных странах Старого Света, ее российский дебют совпал со столетием открытия в 1912 году немецким физиком Максом фон Лауэ дифракции рентгеновских лучей при прохождении их через кристаллическую решетку.
Дифракционные методы дали мощный толчок развитию целого ряда научных дисциплин, прежде всего материаловедения. Всепроникающий электромагнитный ключик помог “отомкнуть” многие двери в доселе непознанных объектах, увидеть расположение атомов, сложное, трехмерное строение окружающего нас мира. Кстати, после Вильгельма Рентгена, ставшего первым нобелевским лауреатом по физике, этой награды удостаивались многие из тех, кто поверил в его волшебный ключик, – Лауэ, догадавшийся направить рентгеновские лучи на упорядоченную решетку, в том числе.
Место для проведения конференции в самом Петербурге было выбрано знаковое, что не преминули отразить в своих приветствиях вице-губернатор города на Неве Василий Кичеджи и директор Центра физики наногетероструктур Физико-технического института им. А.Ф.Иоффе РАН член-корреспондент РАН Петр Копьев. Современных последователей Рентгена и Лауэ принимал Академический университет – научно-образовательный центр нанотехнологий РАН, расположенный бок о бок с кампусом Политехнического университета. Именно в Политехе преподавал по возвращении из мюнхенской лаборатории Рентгена его российский ученик Абрам Иоффе, организовавший в 1918 году Рентгеновский радиологический институт. Поле для исследований было столь обширным, что три года спустя институт поделился на Физико-технический рентгеновский (первое название знаменитого Физтеха, “детского сада папы Иоффе”, вырастившего плеяду выдающихся физиков), Рентгеновский радиологический и Радиевый. Итак, рентгеновская физика в России не просто зачиналась очень рано, по сути, параллельно с трудами Рентгена – из нее вышла вся советская физика, включая ядерную. А потому и отечественная школа рентгеноструктурного анализа всегда была такой сильной и так органично ее питомцы интегрировались в мировую науку.
В 1919 году Иоффе открыл в Политехническом институте первый в мировой истории факультет для подготовки инженеров-физиков и на протяжении 32 лет был его деканом. Традицию инженерно-физического, политехнического образования в тесном сочетании с научными исследованиями возродил в бытность директором Физтеха академик Жорес Алфёров. И уже в ранге нобелевского лауреата основал Академический (с недавних пор – национальный исследовательский) университет, где и собрались топ-специалисты по Х-лучам. Поистине “гений места”!
Как заметил, открывая конференцию, ее председатель, директор НИЦ “Курчатовский институт” и Института кристаллографии РАН член-корреспондент РАН Михаил Ковальчук, еще в 1980-е годы развивший у нас в стране исследования с применением метода стоячих рентгеновских волн, подобные встречи – один из эффективных способов научной коммуникации: идеи, высказанные группой продвинутых коллег, быстро становятся достоянием научного сообщества.
Да, можно сказать, “собралась элита”, но без претензий на элитарность, что подчеркивалось и погружением в университетскую среду, и структурой конференции, которую традиционно предваряет молодежная школа. Мэтры рентгеновской дифракции из США, Великобритании, Франции, Чехии, России прочитали лекции молодым исследователям и студентам, ответили на их вопросы. А затем просвещенная молодежь сама выступала с докладами на постерной сессии.
“Взрослая” часть конференции открылась докладом Михаила Ковальчука, проследившего путь рентгеновской дифракции из прошлого в будущее. Причем настоящий ренессанс рентгеновских лучей он связал с появлением и развитием высокоинтенсивного синхротронного излучения как уникального инструмента для исследований и технологий, в частности, для структурной диагностики различных материалов. Недаром на базе синхротронных источников стали создаваться крупные мировые центры нанотехнологий. Первый в России специализированный источник такого излучения появился в Курчатовском институте в 1999 году, именно вокруг него развивается в последние годы Курчатовский центр нано-, био-, инфо-, когнитивных, социогуманитарных наук и технологий.
Докладчик выявил тенденцию: если ХХ век был эпохой упорядоченных материалов, кристаллов, структур и рентгеновской дифракции как метода их изучения и контроля, то сейчас мы переходим к неупорядоченным, слабоупорядоченным и даже разупорядоченным материалам, конструируемым с помощью нанотехнологий. Это и аморфный (а не кристаллический) кремний для солнечных батарей, и лазеры на “бесструктурной” керамике, и углеродные композиты, заменяющие металлы. Такая трансформация делает актуальным методом исследования не дифракцию, а рассеяние, то есть иной тип рентгеновского взаимодействия.
Кроме того, вместе с технологией обработки материалов меняется методика измерений. Деталь, выточенную на станке, можно измерить линейкой, интегральную схему – с помощью электронной оптики, а вот, скажем, параметры наноразмерной пленки “увидит” только рентгеновская дифракция, которая становится метрологией современного материаловедения. Это, между прочим, означает, что наличие собственной синхротронной базы – не прихоть сибаритов от науки, а гарантия технологической независимости и национальной безопасности.
В данном случае благодаря правильно выстроенной государственной политике Россия такой гарантией защищена. Помимо уже упомянутого специализированного Курчатовского синхротрона достраивается Зеленоградский. В проекте синхротрон сразу IV поколения – и эта серьезная государственная поддержка позволяет участвовать в глобальных международных проектах. Применительно к данной тематике их несколько. Назовем хотя бы проект Европейского рентгеновского лазера на свободных электронах XFEL стоимостью более 1 млрд евро, строящегося в Гамбурге, в котором Россия наряду с Германией стала ключевым по научному вкладу и финансовому участию партнером.
Международный центр будет создан и на основе самого мощного в мире полнопоточного исследовательского реактора нейтронов ПИК, достроенного наконец в Петербургском институте ядерной физики им. Б.П.Константинова лишь после того, как он стал структурным подразделением Курчатовского института. ПИК произвел большое впечатление на посетивших его участников конференции, живо интересовавшихся темпами создания и профилем экспериментальных станций, на которых многие из них явно были бы не прочь поработать.
По словам Михаила Ковальчука, долгожданный ПИК – примета нового ландшафта российской науки в условиях рыночной экономики. Подобные мегаустановки, формирующие инфраструктуру исследований, не могут содержаться на гранты и оцениваться по индексам цитируемости. Они требуют стабильного госфинансирования в ходе строительства и эксплуатации и должны сосредоточиваться в национальных научных центрах.
Вторая составляющая этого ландшафта – фундаментальные исследования, также за казенный счет, которыми традиционно занимается Академия наук, в том числе на мегаустановках. Критерии их эффективности – не директивно заказанный результат, а публикации и международное признание.
Третья часть науки, прикладного профиля, должна научиться зарабатывать, в большой степени жить за счет внедрения своих результатов и продажи патентов. А связать воедино разные блоки науки поможет грантовая система. Ведь и самая “крутая” инфраструктура исследовательских центров омертвеет, если к ней не потянутся студенты, аспиранты, научные сотрудники из России и зарубежья. Поэтому сначала объявляется конкурс на создание оборудования для таких центров, а потом еще один – на лучшие программы работы на этом оборудовании.
С таким подходом согласился председатель Совета РФФИ академик Владислав Панченко. В год 20-летия фонда его бюджет указом Президента России увеличен на 30% – рост беспрецедентный не только для России (как было отмечено на недавней встрече руководителей фондов стран G8 в Германии), позволяющий в ближайшие годы реализовать ряд актуальных и смелых проектов. Уже объявлены новые программы по исследованию нейтринных процессов, нейтронной физике, с применением методов рентгеновской оптики. И, быть может, главное – РФФИ инициирует и обеспечивает участие российских ученых в ряде международных проектов, например, по линии Европейской лаборатории молекулярной биологии (EMBL), в программах которой активно используется рентгеновская спектроскопия.
– Как раз сейчас обсуждаем с EMBL совместные эксперименты на будущем рентгеновском лазере XFEL в Гамбурге, не
безумно дорогие, но значимые в научном плане, – уточнил Владислав Панченко. – При этом наш фонд нацелен на приоритетную поддержку творческой инициативы молодых ученых, предоставляет им большое количество грантов. И конференцию ХТОР с ее молодежной школой поддерживаем уже не впервые – разумеется, на конкурсной основе.
Так что рентгеновская дифракция не только раскрывает тайны материи, но и подсказывает формы организации науки.

Аркадий СОСНОВ
Фото Татьяны ПОТАПОВОЙ

Нет комментариев