ИНТЕГРАЦИОННЫЕ ПРОГРАММЫ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Научный руководитель:
д-р биол. наук Мошкин М.П.

В результате мониторинга основных компонентов природного очага клещевого энцефалита (КЭ) вскрыты экологические механизмы динамики эпидемической активности. Установлена последовательность популяционных событий, предшествующая пику заболеваемости населения, что позволяет прогнозировать с годовым опережением периоды максимальной эпидемической опасности. Наибольшую прогностическую ценность для территории Новосибирского научного центра имеют показатели, отражающие интенсивность контактов мелких млекопитающих с таежным клещом и вирусом КЭ (рис.7.42).

В исследованиях механизмов химической ориентации таежных клещей проанализировано сигнальное значение экстрактивных веществ шерсти собак. Выделены две фракции низкомолекулярных соединений, способных привлекать клещей, а также удерживать их вблизи источника запаха в позе пассивного ожидания прокормителя. Результаты данных исследований найдут применение при разработке экологически оправданных методов ограничения численности таежных клещей – переносчиков инфекционных болезней. (ИСЭЖ, НИБХ, НИОХ.)

Научный руководитель:
канд. биол. наук Осипова Л.П.

Пуровский район ЯНАО представляет собой уникальный "модельный" объект для оценки техногенного воздействия на окружающую среду и, как следствие, на генофонд и биологическое здоровье популяции тундровых ненцев. Территория находится под прессом глобальных, региональных и локальных техногенных воздействий, оказывающих свое негативное влияние на генофонд и здоровье коренного населения.

Значительную опасность для экосистем района представляет начавшийся процесс закисления почв и водоемов, что может привести к гибели части биоты, являющейся звеном в пищевой цепочке коренных жителей. Закисление приводит к изменению форм существования тяжелых металлов с переводом их в токсичные, более подвижные аквакомплексы. Обнаружено повышенное загрязнение компонентов природы тяжелыми металлами (Pb, Cd, Hg и др.), образующимися при сжигании попутного газа в факелах и в выхлопных газах автотранспорта (локальное воздействие), а также при дальних переносах от предприятий цветной металлургии (региональное воздействие). Загрязнение органическими экотоксикантами может также отрицательно влиять на здоровье коренных жителей, имеющих мутантные варианты генотипов по цитохрому Р-450, которые определяют их особую экологическую уязвимость к действию некоторых химических соединений.

Показано, что на ухудшение состояния здоровья коренных жителей значительно влияют долгоживущие техногенные радионуклиды (¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr), обнаруженные в различных компонентах окружающей среды, включая продукты питания. Поступление радионуклидов в организм ненцев происходит в основном по цепи ягель–олень–человек и носит характер хронического внутреннего облучения малыми дозами радиации. Цитогенетические исследования в группе тундровых ненцев показали наличие специфических маркеров радиационного воздействия, достоверно превышающих контрольный уровень (рис. 7.43). Показатели общего анализа крови в сопряжении с распространенностью вторичных иммунодефицитных состояний схожи с таковыми у населения радиационно пострадавших районов. Особую тревогу вызывает факт обнаружения ¹³⁷Cs в пробах плацент (1–17 Бк/кг) и грудного молока женщин-ненок, поскольку формирующийся плод уже на ранних стадиях онтогенеза находится под воздействием ионизирующего излучения, могущего повлечь за собой весьма серьезные последствия для состояния генофонда коренных жителей в последующих поколениях. (ИЦиГ, ИЯФ, ИХКГ, ОИГГМ, ИНХ, НИОХ, ИВТ, ИВМиМГ).

Рис. 7.43. Результаты цитогенетического анализа у жителей Пуровского района ЯНАО. Во всех выборках (за исключением *) частоты хромосомных аберраций (ХА) и радиационных маркеров (РМ) достоверно (р < 0,001) превышают контрольный уровень (ХА ≤ 1,5 %, РМ ≤ 0,1 % соответственно, Бочков, 1993; Poul-Ruling, 1990) . * - превышение контрольного уровня ХА недостоверно (р>0,05).

Научный руководитель:
д-р биол. наук Сидорова К.К.

Впервые проведены комплексные исследования симбиотической азотфиксации как источника биологического азота с участием генетиков, цитологов, физиологов и агрохимиков. Все опыты выполнены на генетически изученном материале, что позволило установить важные закономерности в формировании и функционировании бобово-ризобиального симбиоза. Идентифицированы и локализованы на хромосомной карте гороха симбиотические гены, контролирующие высокую азотфиксацию; изучены ультраструктура корневых клубеньков и гормональный баланс у макросимбионта, выяснена эффективность симбиоза в зависимости от генетических особенностей растения и азотного питания (рис. 7.44).

Научный руководитель: акад. Багаев С.Н.

Разработаны основы экспресс-метода обнаружения и идентификации микроорганизмов с использованием прецизионной лазерной спектроскопии светового рассеяния. Разработка является результатом исследований по детектированию движения микрочастиц биологического и небиологического происхождения спектрометром с разрешающей способностью ~0,001 Гц. Метод был использован для исследования особенностей подвижности индивидуальных микрочастиц живой и неживой природы в водных суспензиях. Эксперименты проводились на живых и инактивированных бактериях Escherichia coli, Pseudomonas specia, Serratia marcescens, Bacillus subtilis, Bacillus globigii и Staphylococcus aureus. Высокая фазовая чувствительность используемой установки позволила зарегистрировать детали собственного движения микроорганизмов и обнаружить существенное различие их временных и спектральных "портретных" образов, ранее не описанных в литературе. Развитая в данном проекте методика может эффективно использоваться для исследования подвижных форм микроорганизмов в реальном масштабе времени, а также для обнаружения неизвестных форм микрофлоры.

В водных растворах глобулярной ДНК с помощью прецизионного лазерного спектрометра с разрешением ~0,001 Гц обнаружена узкая линия рассеяния, уширение которой не подчиняется известному тепловому закону броуновского движения микрочастиц с соответствующим размером R_ДНК=8 Ч 10^–10 мкм. Экспериментальные результаты показали, что подвижность макромолекул, определяющая ширину линии рассеяния, не является однозначной функцией размера частиц, а зависит от того, какой фазой воды, аморфной или структурированной, они окружены. Часть макромолекул, находящаяся в неупорядоченной воде, движется как независимые броуновские частицы. Другая часть может терять независимость своего движения за счет "вмораживания" в трехмерную сеть водородных связей структурированной воды. В этом случае макромолекулы могут перемещаться только вместе с ячейкой структурированной воды, минимальный устойчивый пространственный размер которой оценивается величиной R ~1 мкм.

Впервые с использованием метода высокоразрешающей спектроскопии светового рассеяния проведены наблюдения за динамикой биохимической реакции, сопровождающей процесс релаксации суперспирализованной плазмидной ДНК в присутствии фермента топоизомеразы top-1. Установлено, что при концентрациях кольцевых плазмидных ДНК n = 7,5 Ч 10¹³ см^–3 их раскручивание в ходе биохимического процесса сопровождается существенным изменением рассеивающих свойств исследуемого раствора.

Предложен и экспериментально апробирован новый методический подход в изучении детерминированной и броуновской составляющих движения единичных микрообъектов различной природы в жидкости на основе детектирования их собственных перемещений (рис. 7.45).

Научные руководители:
чл.-корр. РАН Власов В.В., акад. Кнорре Д.Г.

Разработаны не имеющие аналогов подходы и реагенты для направленного воздействия на генетический материал – созданы бинарные реакционноспособные системы олигонуклеотидных конъюгатов и конъюгаты олигонуклеотидов с синтетическими моделями активного центра рибонуклеазы. Cозданные синтетические рибонуклеазы применяются для исследования структуры РНК в различных лабораториях в нашей стране и за рубежом. Получены новые ДНК-конструкции, вызывающие при введении животным вакцинацию и защиту от вирусных инфекций. Идентифицированы транспортные белки клеток, переносящие нуклеиновые кислоты в ядро. Эти результаты открывают возможность повышения эффективности методов генотерапии.

Сконструирован и изготовлен прибор, обладающий уникальными характеристиками для введения нуклеиновых кислот и олигонуклеотидов в клетки под воздействием пульсирующего электрического тока (электропоратор). Прибор будет использован для разработки методов генотерапии.

Создан перспективный метод для регуляции экспрессии генов, основой которого является использование двуцепочечных олигонуклеотидов, моделирующих регуляторные участки промотора, в качестве "ловушки транскрипционных факторов" для конкурентного ингибирования экспрессии. Гиперэкспрессия гена MDR1, кодирующего АТФ-зависимый трансмембранный насос, обусловливает около 90 % случаев множественной лекарственной устойчивости и является существенным препятствием для успешного лечения целого ряда раковых заболеваний. Особенностью экспрессии этого гена является его способность к индукции в ответ на широкий спектр лекарств и химических веществ. Показано, что активация транскрипции гена MDR1 под воздействием противоопухолевых терапевтических препаратов сопровождается связыванием белков-транскрипционных факторов с несколькими районами промотора.

Научные руководители: акад. Молодин В.И., канд. биол. наук Ромащенко А.Г.

Проведен молекулярно-генетический, антропологический анализ биологических объектов и остеологического материала представителей пазырыкской культуры, населявших в эпоху раннего железа территорию Горного Алтая.

Получены цепочки ДНК из биологических объектов с мягкими тканями носителей пазырыкской культуры. Разработана методика высокоэффективного выделения ДНК для последующего молекулярно-генетического анализа из костных останков человека (в четырех из семи образцов необходимый продукт был амплифицирован). Дальнейшее использование данной методики позволяет надеяться на получение уникальных данных для решения проблемы этногенеза коренных народов Сибири (рис. 7.47).

Рис. 7.47. Схема выделения ДНК из древних биологических останков.

В результате проведенного сравнительного эволюционно-генетического анализа особенностей структуры митохондриального генофонда пазырыкской популяции и их генетических связей с современными этническими группами Евразии выяснилось, что наибольшая генетическая близость пазырыкцев прослеживается с современными самодийскими народностями Западной Сибири.

На основе матрицы генетических дистанций было построено филогенетическое дерево генетических связей митохондриальных генофондов этнических групп северной Евразии (рис. 7.48), в результате:

а) подтвердилось заключение о большей генетической близости пазырыкцев и самодийцев;

б) примечательна в типологии дерева большая близость пазырыкцев к узлу ветвления, по сравнению со всеми современными этническими группами, и то, что два полюса соединены между собой рядом популяций Средней и Центральной Азии. Из их числа наиболее близкими к пазырыкцам оказались казахи и уйгуры. Однако в целом, за исключением самодийцев, генетические дистанции до европеоидных и финно-угорских популяций несколько ближе, чем до среднеазиатских.

Рис. 7.48. Дендрограмма филогенетических связей митохондриальных генофондов современных этнических групп и пазырыкской популяции.

Расогенез основного антропологического пласта пазырыской культуры, характеризующегося монголоидно-европеоидной промежуточностью, уходит корнями в предшествующие эпохи и связан с населением культур окуневско-карасукского круга, эпохи развитой и поздней бронзы.

Существование переднеазиатских влияний в пазырыкской культуре объясняется не только очевидными контактами в скифское время, но и общими элементами в структуре расогенетических связей у населения Алтая и кочевых, и полуоседлых племен скотоводов, обитавших на территории Парфии, Маргианы, Северной Бактрии.

Морфологическое сходство населения части племенных объединений сако-усуньской этнокультурной общности и пазырыкской культуры может быть интерпретировано как результат генезиса на основе общего антропологического пласта, распространенного в предшествующие эпохи (наряду с протоевропейскими типами) на территории Центральной и Средней Азии. Один из компонентов этого антропологического пласта должен иметь корни в бегазы-дандыбаевской культуре, представление о физическом типе населения которой дает палеоантропологическая серия из могильника Старый Сад.

Морфологический комплекс андроновского расового типа не доминирует в группах населения скифо-сакских культур, и андроновский антропологический пласт не может рассматриваться как исходный для основного массива скифо-сакских племен Средней Азии, Казахстана, Южной Сибири и Центральной Азии.

По комплексу антропологических особенностей пазырыкцы Алтая близки к кочевому населению, локализованному вокруг условного географического центра – Джунгарской котловины, где сходятся хребты Алтая с примыкающими к ним южными отрогами Западного Саяна, Джунгарского Алатау и восточными отрогами Тянь-Шаня.

Прослеженная генетическая близость носителей пазырыкской культуры и самодийцев может быть обусловлена двумя причинами – либо единым европеоидным компонентом, имевшим место при формировании пазырыкской культуры и ранних самодийцев, либо носители пазырыкской культуры в силу определенных обстоятельств являются одним из компонентов северных селькупов, мигрировавших на север Западно-Сибирской равнины.

Одним из существенных итогов проекта является подготовка трех глав в коллективную монографию "Феномен алтайских мумий", которая в настоящее время находится в издательстве. (ИАЭТ, ИЦиГ.)

Научные руководители:
д-р ист. наук Полосьмак Н.В.,
д-р хим. наук Малахов В.В.

Впервые в мире были проведены физико-химические исследования уникальных находок из органических материалов, керамики, металла, а также мумий людей – женщины и мужчины, возраст которых достигает 2,5 тыс. лет.

Был использован комплекс взаимодополняющих аналитических методов: рентгенофлуоресцентная спектроскопия, атомно-эмиссионная (с индуктивно связанной плазмой) и атомно-абсорбционная спектроскопия, методы химического фазового анализа, хроматомасс-спектроскопия. Для исследования структуры и фазового состава археологических объектов, определяющих их физико-химические свойства, использованы методы дифракции рентгеновских лучей и электронов, включая методы, основанные на использовании синхротронного излучения; для исследования морфологической структуры – методы оптической и электронной микроскопии, которые были адаптированы к археологическим объектам с учетом их природы, устойчивости к воздействию внешних факторов, возможности и условий пробоотбора и пробоподготовки и т.д. Разработаны специальные способы и методики пробоподготовки и непосредственного анализа находок, обеспечивающие их максимальную сохранность и возможность относительно быстрого получения результатов исследования с максимальной достоверностью. Разработаны рекомендации по консервации и реставрации находок из "замерзших" могил (рис. 7.49).

Сведения о химическом составе и структуре, химических и физических свойствах находок позволили с большей достоверностью сформулировать гипотезы как о возможных древних технологиях изготовления различных вещей, так и о мировоззренческих представлениях пазырыкцев. Было сделано несколько важных открытий в области изучения скифской истории, которые никогда не состоялись бы при использовании только традиционных методов археологического исследования. Так, понят рецепт пазырыкского бальзамирования. Среди неорганических компонентов кожи обнаружено присутствие ртути. Это признак использования соединений ртути при лечении или для бальзамирования. При рентгеноспектральном микрозондовом анализе фрагментов кожи проявились также точечные области (~20 мкм) с высоким содержанием калия (рис. 7.50). Области расположены регулярно, рядами с промежутками в ~120 мкм. Помимо уникальности этого рецепта как такового, важно то, что он позволяет определить преимущественную ориентацию культурных связей населения Горного Алтая скифского времени, реконструировать их мировоззренческие представления, связанные с созданием мумий и переходом в "иной" мир.

Изучение металлических изделий позволило сделать достаточно обоснованное заключение о том, что сырьем для выплавки металлов и сплавов различного состава (железо, бронза, олово, золотосеребряные сплавы) служили местные руды. Древние мастера были знакомы с такими технологическими приемами, как лужение и амальгамирование.

Было установлено, что пазырыкцы знали и использовали естественный минеральный краситель синего цвета – вивианит; создавали мази на жировой основе с применением многосоставных красящих веществ для защиты кожи лица в экстремальных условиях высокогорья, а также для нанесения татуировки и раскраски лиц. Использование многочисленных и разнообразных ингредиентов для создания мазей и красителей – свидетельство путешествий и контактов, культурных связей и заимствований, особенного в культуре скотоводов Горного Алтая. (ИАЭТ, ИК.)

Научный руководитель: акад. Покровский Н.Н.

Анализировались механизмы и факторы, воздействующие на эволюцию различных форм общественного сознания: от стихийных и бытовых до мировоззренческих и правовых. Полидисциплинарный метод исследования проблем становления и эволюции общественного сознания позволил воссоздать картину генезиса историко-культурных процессов и выявить кардинальные направления их дальнейшего развития.

Основные результаты исследований отражены в коллективных и индивидуальных научных публикациях. В монографии А.П. Деревянко, Ю.П. Холюшкина, П.С. Ростовцева, В.Т. Воронина "Статистическое исследование среднепалеолитических памятников Евразии" (Новосибирск, 1999) освещаются истоки формирования мировоззрения и социально-экономических отношений в эпоху древних культур Западно-Сибирского региона.

В документально-монографическом издании "Рукописи XVI–ХХ вв. из коллекции Института истории СО РАН" (Новосибирск, 1999) введены в научный оборот новые, ранее не известные сочинения сибирских писателей-старообрядцев, характеризующие специфику религиозного общественного сознания населения Сибири на протяжении длительного исторического периода.

Подготовлен к изданию том "Литературные памятники Тобольского архиерейского дома XVII века" (рук. чл.-корр. РАН Е.К. Ромодановская). Свод художественных, исторических и эпистолярных текстов тобольских архиереев раскрывает многообразие факторов, воздействовавших на процессы формирования общественного сознания населения Сибири в начальной стадии ее освоения русскими.

В сборнике научных трудов "Сибирь в геополитическом пространстве XXI века" (отв. ред. чл.-корр. РАН В.И. Бойко и др., Новосибирск, 1998) воссоздана ретроспектива общественно-политических процессов, дан аналитический срез современной социально-экономической ситуации в России и Сибири. Предложены концептуальные и правовые основания региональной интеграции и альтернативы государственно-правовой субъектности в системе Центр – Регион. Примечательно, что в авторский коллектив сборника вошли не только ученые от комплекса общественных научных дисциплин, но также представители структур управления и хозяйственной сферы, что свидетельствует о практической актуальности исследований в области проблем формирования общественного сознания. (ИАЭТ, ИИ, ИФ, ИФПР.)

Научный руководитель:
д-р экон. наук Вальтух К.К.

Информационная концепция общественной стоимости природных ресурсов доведена до операционального уровня. Сведены воедино данные о распространенности природных объектов, вырабатывавшиеся до сих пор геологическими и биологическими науками разрозненно и без выхода на экономические оценки этих объектов. Получена и проанализирована система информационных оценок минеральных ресурсов (33 вида ресурсов по 169 странам: примерно 2/3 всех разведанных минеральных ресурсов мира) и биологических ресурсов (12 крупных групп живых организмов по 106 почвенно-растительным формациям: не менее 3/4 всей биомассы мира). Применительно к отдельным видам ресурсов проведена дальнейшая дезагрегация до уровня, близкого к выходу на экономически однородные объекты – такие, что их оценки могут использоваться в практических целях. В частности, получены оценки запасов золотоносных руд по областям России, по трем типам месторождений; оценки 593 видов птиц, распространенных в бывшем СССР. Подобная система взаимосвязанных оценок природных ресурсов получена впервые.

В научный оборот введено понятие антропосферы и антропосферного производства, снимающее то одностороннее противопоставление общественного производства и природы, которое представляет собою идейный источник хорошо известной недооценки последней. Предложена математическая модель антропосферного производства.

Наиболее развитые результаты получены в отношении минеральных ресурсов. Проведена массовая статистическая верификация их информационных оценок, показавшая, что целый ряд важнейших экономических явлений, относящихся к добывающей промышленности, является не чем иным как проявлением закона информационной стоимости (размещение производства, ценообразование).

Построена теория относительных цен металлов, показывающая скрытые законы и механизм формирования этих цен и обладающая высокой объясняющей силой: дисперсия цен (они варьируют от 225 до 22000000 долларов за тонну) более чем на 70 % объяснена из вариации информационных оценок их производства (рис. 7.51).

Исследование показало также границы действия закона информационной стоимости в добывающей промышленности.

Разработан ряд теоретических проблем горной ренты – абсолютной и дифференциальной в их взаимосвязи; теоретические выводы получили подробное статистическое обоснование. (ИЭиОПП, ИСЭЖ, ОИГГМ, НГУ, ИГНГ.)

Научный руководитель:
чл.-корр. РАН Кулипанов Г.Н.

Для систематической работы с синхротронным излучением в 1997–1999 гг. выделялось на накопителе ВЭПП-2М ~1200 ч/год и на ВЭПП-3 ~3000 ч/год. В работах участвовало 80 исследовательских групп из 74 организаций, в том числе 30 групп из 24 организаций СО РАН, 11 – из РАН, 14 – из других организаций России, 25 – из ближнего и дальнего зарубежья. По результатам опубликовано более 160 работ, еще более 100 находятся в печати (Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Research – A, спецвыпуск трудов Конференции "СИ-98", Новосибирск, 13–18 июля 1998 г. и еще 31 работа в печати в трудах Конференции "РСНЭ-99", Москва, 23–27 мая 1999 г.).

Примеры наиболее интересных из полученных результатов:

Исследован процесс самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) системы BaO₂+Ti+TiO₂. Получена информация о начальной стадии реакции. Обнаружена промежуточная фаза со стехиометрическим составом, отличающимся от конечного продукта.

Разработан и проверен уникальный метод дифрактометрии с временным разрешением наносекундного диапазона путем быстрого смещения пучка в накопителе.

Начаты исследования изменений структуры взрывчатого вещества непосредственно во время взрыва. Метод позволяет во время взрыва получать следующую информацию: 1) о динамике изменения плотности ВВ; 2) о развитии флуктуаций электронной плотности при прохождении детонационного фронта; 3) об изменении кристаллической структуры ВВ.

Методом РФА-СИ на ВЭПП-3 исследованы сигналы палеоклимата в кернах донных осадков оз. Байкал на отрезке 780 тыс. лет. В полученных фурье-спектрах геохимических палеоиндикаторов выделены периоды Миланковича от 19 до 413 тыс. лет.

С целью получения циркулярно-поляризованного рентгеновского излучения для экспериментов по магнитному циркулярному дихроизму (MCD) проведены эксперименты по преобразованию линейно-поляризованного излучения в циркулярно-поляризованное. В качестве четвертьволновой пластинки был использован монокристалл алмаза, выращенного в Институте минералогии и петрографии СО РАН.

Методом "grazing diffraction" на рентгеновском пучке СИ из ВЭПП-3 исследована структура границы между металлами, возникающей при холодном газодинамическом напылении микрочастиц алюминия на никелевую подложку. Обнаружено, что на границе никель–алюминий при высокоскоростном взаимодействии происходят фазовые превращения с образованием интерметаллической фазы Ni ₃ Al.

Станция LIGA-2. Для проведения работ по литографии и LIGA-технологии часто требуется СИ с более мягким спектром, чем излучение из поворотного магнита ВЭПП-3 в стандартном режиме 2 ГэВ. На накопителе ВЭПП-3 установлена "литографическая" змейка, позволяющая перестраивать спектр излучения за счет изменения магнитного поля. Новая станция "LIGA-технология" оснащается установкой для сканирования образцов в диапазоне 100 мм в двух направлениях. Установка в канале вывода СИ двух тонких бериллиевых окон, по 28 мкм каждое, позволит использовать спектр излучения в мягкой области до 15 Е.

Станция РФА-2. Новая станция открывает возможность рентгенофлуоресцентного анализа по одной из двух схем. В схеме с дисперсией по длинам волн (WDX) повышенное разрешение (30 эВ) позволяет проводить индивидуальное определение редкоземельных и более тяжелых элементов, в том числе тяжелых платиноидов, по L-сериям спектров. Вторая, энергодисперсионная схема содержит вакуумную камеру и Si-детектор с тонким окном, что позволяет расширить диапазон анализа в сторону легких (Al – K) элементов. Протестирована на пучке СИ первая (WDX) очередь новой станции. Проведены тестовые измерения.

Станция для проведения дифракционных исследований с энергией квантов 30–34 кэВ. В 1999 году на 4-м канале ВЭПП-3 была запущена новая станция. На станции используется ранее установленный монохроматор с энергией квантов 30–34 кэВ. Для изучения структуры вещества при высоких давлениях используются алмазные наковальни. Станция позволяет получать дифракционную информацию в диапазоне межплоскостных расстояний от 8 до 0,8 Е.

Канал для станции метрологии на накопителе ВЭПП-3. Спроектирован, изготовлен и собран канал для станции метрологии на ВЭПП-3 в мягком рентгеновском диапазоне. Канал не имеет технических вакуумных перегородок на пути пучка из вакуумной камеры накопителя до экспериментального объема. В настоящее время канал полностью собран на испытательном стенде.

Изготовлены, смонтированы и введены в действие два канала (3-й и 7-й).

Станция энергодисперсионной и Лауэ-дифрактометрии. Завершены работы по монтажу на 7-м канале станции для проведения исследований атомной структуры с применением методик Лауэ- и энергодисперсионной дифрактометрии. Верхний предел рабочего диапазона энергий – до 100 кэВ. Используются двухкоординатный детектор ДЕД-5 для исследований по методу Лауэ и полупроводниковый германиевый детектор для энергодисперсионной дифрактометрии. Проведены тестовые эксперименты для настройки оборудования станции. Станция будет оснащена комплектом алмазных наковален с давлением до 200 кбар и высокотемпературной вакуумной печью с температурой до 2000 ^оС^.

Разработан и изготовлен однокоординатный детектор рентгеновского излучения ОД-3.3 с рекордными параметрами по быстродействию (10 МГц). Детектор ОД-3.3 позволил снимать изменение структуры живой мышцы в процессе сокращения с разрешением 1 мс. Возможна регистрация рентгенограмм и за несколько мкс. ОД-3.3 открывает возможность изучения кинетики структурных изменений в микросекундном диапазоне времен.

Новый двухкоординатный детектор ДЕД-5 имеет камеру с размерами 384 Ч 384 мм при шаге проволочек 1,5 мм. Точные координаты попадания рентгеновского кванта вычисляются быстрым процессором. Кроме координат, записываются также время события и восстановленная энергия кванта. Время регистрации одного кадра – от 100 мкс, быстродействие 5 МГц. Первый ДЕД-5 установлен в 1998 г. на станции "Энергодисперсионная дифрактометрия" на ВЭПП-4.

Разработан и изготовлен прототип детектора 1Д-160 (секция на 17 градусов). Детектор установлен на станции "дифрактометрия 30–34 кэВ" для исследования фазовых превращений при высоких давлениях в алмазных наковальнях и кинетики образования клатратов при высоких давлениях. (Организации-участники: ИЯФ, ИК, ИХТТМ, ОИГГМ, ИНХ, ИХКГ, ЛИН, КТИ МК.)

Научный руководитель: акад. Скринский А.Н.

Лазеры на свободных электронах (ЛСЭ) позволяют получать монохроматическое излучение на любой заданной длине волны. Работы по созданию ЛСЭ в России ведутся, в основном, в ИЯФ, где получено много важных экспериментальных и теоретических результатов в этой области. Концепция создания мощного ЛСЭ, разработанная в ИЯФ, признана наиболее перспективной большинством специалистов по ЛСЭ. Строящийся ЛСЭ будет иметь диапазон перестройки от 2 до 20 микрон, генерируя пикосекундные импульсы с энергией 1 миллиджоуль. Это излучение перекрывает основные молекулярные колебания, что позволит резонансно воздействовать на любой объект в твердом, жидком или газообразном состояниях. На этом ЛСЭ можно будет проводить уникальные эксперименты в области физики, химии, биологии и медицины, например, селективно возбуждать только одну колебательную моду, диссоциировать только одну разновидность молекул в смеси (изотопы, изомеры, микропримеси), исследовать влияние колебательного возбуждения молекул и радикалов на скорость бимолекулярных реакций, что чрезвычайно важно, в частности, для понимания химических процессов в атмосфере, изучать быстропротекающие реакции, спектроскопию возбужденных состояний, использовать ИК-излучение в микрохирургии клеток, в офтальмологии, в нейрохирургии и т.д. ИХКГ имеет большой опыт работ в области лазерной фотохимии. Результаты этих исследований обобщены в монографии "Инфракрасная фотохимия".

Интеграционная программа состоит из двух частей: "Научная программа Центра" и "ЛСЭ". Первая часть выполняется, в основном, ИХКиГ, вторая – ИЯФ. Результаты работы за период действия гранта (1997–1999 гг.) таковы:

Разработаны научные проекты использования излучения ЛСЭ:

1. Реакции колебательно возбужденных молекул с атомами и свободными радикалами.
2. Реакции колебательно возбужденных радикалов.
3. Роль колебательного возбуждения молекул в изотопном обмене (совместно с Институтом катализа).
4. Влияние колебательного возбуждения молекул на их адсорбцию и хемосорбцию (совместно с Институтом катализа).
5. Механизм ИК-многофотонной диссоциации.
6. Модово-селективная диссоциация молекул.
7. Разделение изотопов путем селективной ИК-многофотонной диссоциации.

Для проверки возможностей ЛСЭ в Университете Дюка (США) ученые ИХКГ провели серию экспериментов на ЛСЭ "Марк III" – ИК-многофотонную диссоциацию молекул:

C₂H₅Cl ® HCl + C₂H₄, CHClF₂ ® HCl + :CF₂, HCOOH ® H₂O + CO, CH₃NO₂ ® [XH₃ONO*] ® CH₃O + number

Эти первые в мире результаты позволяют надеяться на успешное использование излучения строящегося ЛСЭ для самых разных научных и технологических задач.

Построен и запущен 2 МэВ электронный инжектор микротрона-рекуператора (МР).
Изготовлены, собраны и отлажены все системы инжектора.
Настроены различные режимы работы машины, с группировкой и ускорением и без них.
Пучок проведен от пушки до поглотителя во всех штатных режимах, минимизированы потери пучка.
Измерены параметры пучка на выходе в различных режимах работы.
Достигнута устойчивая работа машины в режиме предельной выходной мощности.
Выполнены следующие работы по созданию микротрона-рекуператора и ЛСЭ:
Разработан эскизный проект МР и ЛСЭ.
Закончен расчет продольной и поперечной динамики пучка МР.
Закончены расчеты продольной и поперечной неустойчивости пучка в МР.
Спроектирован и изготавливается электронно-оптический канал для транспортировки пучка из инжектора в МР.
Частично спроектирована магнитная система МР и ЛСЭ.
Полностью отлажена технология и идет изготовление и монтаж ВЧ-системы МР.
Спроектированы все системы первой очереди МР и ЛСЭ - однооборотного ускорителя-рекуператора с полномасштабной ВЧ-системой и упрощенной магнитной системой. (Организации-участники: ИЯФ, ИХКГ.)

Научные руководители:
д-р техн. наук Харитонов А.М.,
д-р физ.-мат. наук Топчиян М.Е.

Завершены работы по созданию и вводу в действие гиперзвуковой аэродинамической трубы адиабатического сжатия с мультипликаторами давления АТ-303. По совокупности таких основных критериев, как натурные числа Маха и Рейнольдса, чистый рабочий газ, время рабочего режима при постоянных параметрах от 40 до 500 мс, она не имеет аналогов в мире (рис. 7.52).

Рис. 7.52. Структурная схема аэродинамической трубы АТ-303.

Одной из наиболее важных проблем, связанных с созданием перспективных гиперзвуковых летательных аппаратов, является разработка прямоточных воздушно-реактивных двигателей (ГПВРД), работающих в гиперзвуковом диапазоне скоростей. Невозможность получения надежных экспериментальных данных, необходимых для проектирования интегрированных с планером силовых установок, в своё время привела к приостановке и закрытию ряда известных проектов (NASP, США; HOTOL, Англия; ZENGER, Германия, и др.).

Существующие аэродинамические трубы (АДТ), даже наиболее современные: импульсные с разрядной камерой (F-4, Франция), высокоэнтальпийные ударные трубы с тяжелым поршнем (HEG, Германия; LENS, США), труба адиабатического сжатия (Long Shot, Бельгия), не позволяют адекватно моделировать сложные газодинамические и химические процессы, происходящие в ГПВРД. Основные ограничения: низкие числа Рейнольдса, грязный поток, малое время рабочего режима.

Реализованная на АТ-303 концепция аэродинамических труб нового поколения (высокие давления, умеренные температуры, вытеснение газа из форкамеры) обеспечивает адекватное моделирование полета перспективных воздушно-космических самолетов с горением в ГПВРД в диапазоне чисел Маха от 7 до 20 при натурных числах Рейнольдса.

Основные характеристики трубы: максимальное давление в форкамере — 3000 атм, температура до 2500 K, начальный объем форкамеры – 6 л. При диаметрах сопла на выходе 300 и 600 мм АТ-303 обеспечит время рабочего режима с постоянными параметрами от 40 до 500 и от 40 до 80 мс соответственно. Рабочий газ не содержит примесей посторонних частиц и продуктов диссоциации воздуха. (Организации-участники: ИТМП, ИГиЛ и КТИ ГИТ.)

В оглавление

Далее