В октябре этого года исполнилось 60 лет с момента появления в Красноярске Института физики СО РАН. Здесь работают люди, которые умеют опережать время…
Из подвала пединститута
История создания института связана с именем Леонида Васильевича Киренского. Его – уроженца Якутии, выпускника МГУ, кандидата наук – приглашали на работу столичные вузы, а повезло Красноярску. В 1940-м он приехал, чтобы работать на физико-математическом факультете пединститута. Но военное время поставило перед ученым свои задачи.
– У Киренского в полуподвальном помещении вуза была своя лаборатория, – рассказывает Никита Волков, доктор физико-математических наук, директор Института физики СО РАН. – Для эвакуированных заводов, прибывающих в Красноярск, они оперативно разрабатывали дефектоскопы, приборы для размагничивания металлов. С помощью приборов можно было определить по магнитным характеристикам металл, сталь определенной марки. Это существенно экономило время – не нужно было проводить дополнительных анализов.
Впоследствии Киренский совершенно справедливо скажет, что «академическая наука Красноярска родилась в подвалах пединститута». Главной темой научного исследования Леонида Васильевича была физика магнитных явлений.
При помощи работников паровозовагоноремонтного завода был изготовлен очень мощный магнит – через несколько лет с предложением создать такой же для их вуза к лаборатории обратится московский университет. Однако продолжать работу на более высоком уровне не представлялось возможным. Число вузов в Красноярске 50-х можно было посчитать на пальцах одной руки – в то время край менее всего ассоциировался с наукой. В своих мечтах Киренский видел на берегах Енисея не только институт физики, но и университет. И хотя его инициативы воспринимались с большим скептицизмом, он не уставал приводить аргументы.
«Немыслимо представить дальнейшее развитие промышленности, освоение природных ресурсов Сибири на базе научных учреждений, находящихся за несколько тысяч километров», – писал он.
– Киренский, конечно, был человеком невероятной силы и энергии, – говорит Никита Волков. – В те годы открыть институт в провинции было невероятно сложно. Но ему это удалось. В постановлении Президиума Академии наук 1956 года было сказано, что необходимо организовать три лаборатории – физики магнитных явлений, оптики и спектроскопии, и биофизики. И вот когда невольно сравниваешь то время и сегодняшнее – нельзя не поразиться темпам. Решение было принято в октябре, а в январе здание «изъяли» у исполкома в центре города и разместили учреждение: наука прежде всего. Через 10 лет вместо трех лабораторий было уже 24.
В скором времени создали лаборатории кристаллофизики, физики магнитных пленок, теоретической физики.
Приобретение импортного оборудования в то время было фактически невозможно. Поэтому институту физики приходилось создавать приборы самостоятельно: открыли экспериментальные механические мастерские, в штате которых работало конструкторское бюро. Так, в отделе биофизики появились установки, предназначенные для выращивания растений в условиях космического полета.
Покорение космоса
Проект по замкнутым биосистемам – БИОС-3 – вообще стал одним из самых резонансных в истории института. Речь шла об экспериментальном комплексе, который моделировал жизнь людей в экстремальных земных и космических условиях. Было выстроено специальное герметичное помещение, где системы по газо- и водообмену и воспроизводству пищи удовлетворяли 80 % от потребностей экипажа. В оранжереях при искусственном освещении выращивались соя, салат, капуста и другие овощи. То, что в таких условиях можно вполне полноценно существовать, доказали 10 экспериментов – самый продолжительный длился 180 дней – именно столько провели ученые в своеобразном бункере. В 90-х годах – уже на базе института биофизики – был создан международный центр замкнутых экологических систем.
– Но 90-е годы были очень сложными, – вспоминает Никита Волков. – Финансирование фактически отсутствовало – непонятно, как мы вообще выжили. Мне приходилось читать лекции еще в трех вузах. Но в начале 2000-х ситуация постепенно менялась. Выделялись средства на оборудование – и сейчас у нас более 30 уникальных установок, которые позволяют, к примеру, получать многослойные магнитные и гибридные наноструктуры, исследовать в них механизмы формирования магнитной структуры и транспортных свойств – последнее направление тесно связано с нанотехнологиями. На базе Красноярского научного центра работает центр коллективного пользования, большая часть оборудования которого находится в нашем институте. У нас немало совместных проектов с АО «ИСС» им. М. Ф. Решетнева, АО «НПП «Радиосвязь» и другими организациями. Таковы запросы времени: хотя мы занимаемся фундаментальной наукой, в институте созданы подразделения, где работают над прикладными исследованиями – теми, которые востребованы наукоемкими предприятиями края и России.
Приобретение импортного оборудования в то время было фактически невозможно. Поэтому институту физики приходилось создавать приборы самостоятельно: открыли экспериментальные механические мастерские, в штате которых работало конструкторское бюро
Чем занимаются физики?
Около полувека назад советский ученый Лев Ландау отметил, что «современная физика способна изучать свойства объектов и явлений, которые находятся далеко за пределами человеческого воображения». В полной мере смысл этой фразы понимаешь, когда узнаешь, над какими именно задачами работают красноярские специалисты в настоящий момент.
Излучение Вселенной
– Некоторые наши исследования вызывают недоумение: к примеру, эксперименты, проводимые при температурах, близких к абсолютному нулю, – при 4 градусах Кельвина (это около 270 градусов по Цельсию ниже нуля), – говорит Никита Волков. – Непонятно: зачем это нужно? Но фундаментальная наука является базой для прикладной. К нам не так давно обратились из АО «Информационные спутниковые системы»: перед ними была поставлена задача сделать радиотелескоп, который будет находиться на орбите и принимать в очень широком диапазоне электромагнитное излучение, приходящее из глубин Вселенной. При этом антенна, экран, вся аппаратура должны работать при температуре около 4 градусов Кельвина: чем ниже температура – тем более слабые сигналы позволит улавливать, регистрировать телескоп. Выполнение таких условий позволит сделать очень чувствительные датчики. Условия эксплуатации аппарата в космосе сложные, и неизвестно, как себя поведут материалы. Есть такое понятие, как линейное изменение размеров при изменении температуры: начинаете что-то нагревать или охлаждать – размеры меняются, а в итоге это может сказаться на конструкции аппаратов. А ведь это надо все просчитать заранее: на Земле вы можете подкрутить, а когда аппарат находится на орбите – корректировать, подстраивать конструкцию телескопа и аппаратуру гораздо сложнее, требуются нетривиальные решения. У радиотелескопа диаметр зеркала антенны около 10 метров, а точность формы зеркала должна быть выдержана с точностью 10 микрон. У нас нет таких ракет, чтобы запустить эту конструкцию в собранном состоянии – а значит, она должна вначале быть в сложенном виде, а в космосе – раскрыться. Задачи стоят серьезные, надеемся, что в том числе и наша помощь позволит справиться с ними специалистам АО «ИСС» в полном объеме.
Транспорт для лекарств
В помощи физиков нуждаются и врачи. Недавнее исследование магнитных свойств наночастиц ферригидрита – внутреннего ядра белкового комплекса из атомов железа – основного внутриклеточного хранилища железа у человека и животных, дает основания предполагать, что их можно будет использовать для… доставки лекарств. Ученые разобрались в механизме изменения размеров частиц и управления их магнитными свойствами. А это значит, что, «прикрепляя» к ним лекарственные средства и воздействуя с помощью магнитного поля, можно направлять их в организме в нужную сторону. Но здесь надо быть осторожным, потому что не совсем еще известны последствия внедрения таких наночастиц внутрь человека.
Еще одни исследования связаны с лечением раковых заболеваний. Если точнее, речь идет о клеточной хирургии. Ученые уже умеют создавать аптамеры из молекул ДНК – делать их таким образом, чтобы они связывались только с определенными клетками, например, с раковыми.
– Мы помогли прикрепить к аптамеру крошечный нанодиск из золота и магнитного материала, – поясняет Никита Волков. – Он совместно с аптамером прикрепляется к клетке, которую надо разрушить. Если включить переменное магнитное поле, диск начинает колебаться и фактически как пила разрезает, разрушает раковую клетку. Впоследствии продукты разрушенной клетки выводятся из организма. А вместо магнитной частицы можно присоединить люминесцентную – ту, которая светится. И вот врач, к примеру, во время операции в онкоцентре, чтобы не пропустить «плохие» клетки, надевает очки – и видит специфическое свечение – там, где аптамер присоединился. Приезжали к нам представители фонда перспективных исследований из Москвы, которые заинтересовались проектом. В институте у нас есть площади, часть необходимого оборудования, профессиональные кадры, тесная интеграция с медиками, что позволяет надеяться в перспективе при поддержке фонда создать лабораторию для его реализации.
