Наука - практике

История успеха, или Конспект одного семинара

Получил по электронной почте от Михаила Сапожникова приглашение на семинар, посвященный применениям метода меченых нейтронов (МНН). Об этом методе и приборах на его основе мы рассказывали не раз, была довольно пространная публикация и в журнале "Знание - сила", на которую обратил внимание руководитель центра инноваций алмазодобывающей компании АЛРОСА. Уникальный случай, когда журнальная статья инициировала исследовательскую работу, которая переросла в промышленную разработку. Об этой истории, благодаря которой дубненские производители детекторов для неразрушающего элементного анализа стали тесно сотрудничать с предприятиями горнорудной промышленности, Сапожников упомянул на семинаре в своем обзоре различных применений метода меченых нейтронов. Не скрою, такая ссылка автору статьи пришлась по душе. История имела продолжение. Специально созданная для этого проекта компания "Диамант" получила статус резидента Сколково. Первая промышленная установка для поиска алмазов в кимберлитовой руде прошла испытания на обогатительной фабрике Ломоносовского ГОК ПАО "Севералмаз".

Что же касается программы семинара, на его открытии генеральный директор ООО "Диамант" Т.Н.Сыроватская отметила, что такие встречи проводятся ежегодно, чтобы обсудить сделанное и наметить дальнейшие перспективы развития, и напомнила некоторые вехи истории предприятия: "Исследования метода меченых нейтронов в ОИЯИ начались около двадцати лет назад при поддержке руководства Института - сначала В.Г.Кадышевского, а затем А.Н.Сисакяна, как чисто научная тема по изучению некоторого метода для неразрушающего элементного анализа. Исследования велись на нейтронном генераторе ЭГ-5 ЛНФ ОИЯИ, который расположен в башне из 6 этажей. Возможность практического применения метода меченых нейтронов возникла после того, как во ВНИИ автоматики имени Духова сделали такой же нейтронный генератор, но умещающийся в 30 сантиметров. Для коммерциализации разработок ОИЯИ и Роснано создали компанию "Нейтронные технологии", которая успешно справилась с поставками детекторов взрывчатых веществ для федеральной программы обеспечения безопасности на транспорте. Эти приборы способны автоматически обнаруживать до тридцати видов взрывчатки. Всего на объекты транспортной инфраструктуры был поставлен 101 детектор. Это хороший пример того, как фундаментальные исследования ученых-физиков находят применения в нашей практической жизни.

2006 г. Дирекция ОИЯИ и приглашенные гости готовятся разбить бутылку шампанского,
"отправляя в плавание" установку ММН.

Первая ласточка в применении метода меченых нейтронов для поиска алмазов в кимберлитовых рудах "взлетела" около пяти лет назад. Для этого проекта была образована новая компания "Диамант", которая стала резидентом фонда Сколково. Благодаря помощи фонда Сколково была сделана и испытана опытная установка для поиска алмазов в кимберлитовой руде, а также разработан анализатор горных пород на основе метода меченых нейтронов".

Участники семинара - и разработчики приборов, и их реальные и потенциальные пользователи побывали в экспериментальном зале, где проводятся испытания аппаратуры, и познакомились с процессом анализа горнорудных образцов.

М.Г.Сапожников в своем обзоре отметил, что в настоящее время метод меченых нейтронов позволяет определять в горной породе концентрации 24 элементов. Его главное отличие от стандартных методов анализа - отсутствие какой-либо пробоподготовки и возможность анализа проб руды большой крупности. На руднике АО "Апатит" были проведены полевые испытания детектора ММН для определения содержания фосфора. Проба руды крупностью до 100 мм и массой 5-7 кг помещалась в детектор прямо из карьера. Испытания показали хорошее соответствие с результатами химического анализа. Принято решение о проведении опытной эксплуатации детектора на руднике АО "Апатит" в течение полугода.

Другая интересная задача - определение качества углей из разных угледобывающих месторождений. В Дубне получили образцы углей и определили содержание в них углерода. Оказывается, обычно качество угля оценивают не напрямую, по содержанию в нем углерода, а косвенно - определяя зольность угля, то есть количество примесей других элементов. С помощью метода меченых нейтронов можно легко и надежно определять концентрацию именно углерода, причем в пробах большой массы.

В качестве примера неожиданного применения метода меченых нейтронов - новозеландские ученые облучали ягнят, чтобы с точностью плюс-минус 3 процента определить их жирность.

На семинаре были представлены коллеги из ВНИИ автоматики имени Духова, благодаря разработкам которых оказалось возможным все, чего достиг "Диамант". Именно в этом институте делают генераторы нейтронов, которые составляют основу приборов, изготовленных в Дубне для столь широкого применения. Автор обзора обратился к участникам совещания, представляющим предприятия горнорудной промышленности: "Коллеги, в чем мы можем помочь?" Изготовители и пользователи активно и заинтересованно обсуждали как чисто методические вопросы, связанные с конструкцией нейтронных источников, так и их технико-экономические показатели, влияющие в конечном счете на конкурентоспособность как на российских, так и международных рынках... Поэтому так много вопросов было обращено к Владимиру Звереву, руководителю отделения по разработке нейтронных генераторов ВНИИ автоматики. Тема его доклада - "Аппаратура для реализации метода меченых нейтронов с нейтронным генератором ИНГ-27: текущее состояние, перспективы".

Ряд докладов был связан с применением метода меченых нейтронов для поиска алмазов в кимберлите - Ю.Н.Рогов, для анализа горных пород и минералов - Е.А.Разинков, для обнаружения взрывчатых веществ - В.М.Быстрицкий.

Говорят участники семинара

Максим Каретников, ведущий научный сотрудник ВНИИ автоматики: В настоящее время мы являемся основными поставщиками нейтронных генераторов для экспериментов, которые проводит компания "Диамант". И благодаря им наши генераторы получили дополнительное развитие. Я считаю наше сотрудничество чрезвычайно плодотворным. Кроме того, те технологии, которые они развивают, мы тоже подхватываем. Надеюсь, что они не считают нас конкурентами. И в целом сотрудничество действительно весьма плодотворно для обеих сторон.

Анализатор горных пород, работающий по методу меченых нейтронов.

Юрий Машовец, директор компании "Росуик": Мы занимаемся отбором и поставками оборудования, связанного с подбором, подготовкой и анализом угля. Методом меченых нейтронов мы заинтересовались не случайно, поняв, что это новый перспективный метод, и решили попробовать его использовать для анализа состава угля. Я здесь уже второй раз, мы привезли с собой пробы угля для анализов, наверное, продолжим сотрудничать, в какой конкретно форме, еще предстоит решить. Пока сделаны только первые шаги. В докладе Сапожникова уже нашли отражение наши первые опыты по углю, и видно, что метод дает результаты. Конечно, результаты еще не окончательные, предстоит их обработать и продумать дальнейшие шаги.

У нас небольшая компания, и мне интересно в ней работать. Сам я по образованию и опыту работы горный инженер-обогатитель. Больше имею дело с углем. Но процессы обогащения в принципе сходны для всех добываемых пород. Общее здесь то, что контроль исходного сырья и готовой продукции надо делать быстро и достаточно точно. А метод меченых нейтронов можно к этому, скажем так, хорошо привязать.

- А те оценки потерь изыскательского, производственно-технологического потенциала России в 90-е годы, которые прозвучали на семинаре, действительно так необратимы или все можно наладить?

- Я думаю, наоборот, сырьем мы торгуем очень хорошо. Надо только экспортировать не сырье, а какую-то готовую продукцию. Тот же уголь идет на экспорт как топливо, но этот материал очень богат с точки зрения технологических возможностей. И надо думать о том, как использовать уголь не только как энергоноситель, но и о его более глубокой переработке в какие-то другие виды. Так что я бы не сказал, что все у нас плохо.

Андрей Самыгин, исполнительный директор Engineering Dobersek GmbH: Сама наша фирма находится в Германии, а мы работаем в московском представительстве. Занимаемся в основном апатитовыми рудами как сырьем для химической промышленности. Кроме России, представительства фирмы есть в Казахстане, Узбекистане и дальнем зарубежье - Марокко, Тунис... Мы с организаторами совещания в Дубне в основном ведем работу, связанную с использованием разработанных ими детекторов для элементного анализа различных пород. Наши специалисты в Германии считают, что это интересная установка, и мы планируем организовать совещание с нашими немецкими коллегами и вашими специалистами, чтобы определить, как и где именно использовать аппаратуру, разработанную в Дубне, для анализа состава добываемых пород.

Юрий Копач выступил на семинаре с докладом "Проект ТАНГРА - развитие и применение метода меченых нейтронов для изучения ядерных реакций и элементного анализа": Все доклады, которые здесь прозвучали, посвящены применению метода меченых нейтронов в практических, прикладных целях. А мой доклад и наша деятельность связаны с применением метода в фундаментальных исследованиях. Сам метод был известен довольно давно, но в нашем Институте получил применение как раз благодаря команде, созданной Сапожниковым и Быстрицким, и именно для прикладных целей. Начинали они в нашей Лаборатории нейтронной физики на ЭГ-5, как это уже прозвучало в докладе МГ, а после этого установка приобрела такие компактные размеры и уехала из ЛНФ на территорию ЛФВЭ, где наши гости, участники совещания сегодня побывали. Все это превратилось в коммерчески успешную фирму, стали успешно развиваться различные направления анализа образцов для горнодобывающей промышленности. Широкая палитра применения и совершенствования метода, получаемых с его помощью результатов была представлена на совещании в докладах специалистов, представляющих эти отрасли.

А одно из направлений, которое у нас пока не развивалось, это применение метода меченых нейтронов для ядерно-физических исследований. И в конце 2013 года Сапожников и его коллеги обратились к нам, к директору ЛНФ В.Н.Швецову с предложениями о сотрудничестве. Наша группа предложением заинтересовалась, мы согласились, у нас, к счастью, были детекторы, которые, правда для других целей предназначались, но мы решили, что раз такая идея возникла, мы их приспособим как раз для измерения меченых нейтронов. И мы сейчас этим занимаемся. Параллельно с компанией "Диамант" стараемся развивать методику идентификации различных веществ, но все-таки основная наша задача - ядерно-физические исследования. Это тема моего доклада, речь идет о проекте, который существует с 2014 года, называется он ТАНГРА (меченые нейтроны и гамма-кванты) и на данный момент продвигается довольно успешно.

Валерий Швецов, директор ЛНФ: Мы с Вячеславом Быстрицким еще в конце 90-х хотели противопехотные мины искать с помощью нейтронных методов. Но тогда не было настолько продвинутых нейтронных генераторов, и если бы мы занимались этим с помощью обычных радиоизотопных источников, операторам пришлось бы таскать с собой защиту весом примерно с тонну. От этой затеи пришлось отказаться. Но группа Сапожникова продолжала целенаправленно работать, они первые эксперименты ставили в нашей лаборатории, самостоятельно делали первые детекторы... И через некоторое время, как я себе представляю всю историю, Вячеслав Михайлович Быстрицкий и Михаил Григорьевич Сапожников добрались до ВНИИ автоматики, сумели договориться с исполнителями (взяли тамошних товарищей крепко за пуговицы) и добились от них, чтобы они сделали то, что на этом совещании было показано.

Детектор взрывчатых веществ ДВИН-1.

А мы со своей стороны... Вот Юрий Копач в своем докладе показал, как это все использовать для физики. Надо сказать, что такие же генераторы с мечеными нейтронами мы сейчас пробуем в космической тематике. На нашем "марсианском стенде" с полгода назад проведены первые эксперименты, и скоро выйдет публикация. А генератор, который работает на Марсе, в НИИ автоматики сделан без меченых нейтронов, там немного другая тематика, и получилась замечательная машина. Гарантия год, 10⁹ импульсов, или сколько-то там тысяч часов работы. По всем параметрам ресурс давно уже исчерпался, а генератор наш все еще живет!

Еженедельник "Дубна", 14 февраля 2014 г. Из интервью В.Н.Швецова на 39-й сессии ПКК по ядерной физике:

...Второй сюжет, связанный с темами ЛНФ на этой сессии ПКК, - проект с мечеными нейтронами, и я даже удивляюсь, почему мы не пришли к этому раньше. Соучастники этого проекта Вячеслав Быстрицкий и Михаил Сапожников. В основе его генераторы из НИИ автоматики. Мы предложенный ими проект обсудили, и он нам оказался, как говорится, по духу и по сердцу. Тем более у меня есть непосредственный научный интерес к применению разработанных ими методик - это марсианский проект: создание моделей марсианских грунтов. Компактное оборудование, которое применяется для поиска алмазов в кимберлитовых рудах, прекрасно ставится на марсоход - и дальше можно точно определять состав грунта. Члены ПКК доброжелательно восприняли этот проект, в чем большая заслуга Юрия Копача, который о нем докладывал. Это была его идея, и он ее активно отстаивал на обсуждениях в нашей лаборатории. Все понимали, что нейтронный генератор с мечеными нейтронами - это очень хороший прибор, абсолютный монитор нейтронного пучка, который обеспечивает хорошую локализацию этого пучка в пространстве. Все, с чем нейтроны взаимодействуют, все продукты летят из четко определенного объема и ты их фиксируешь. А это в физике очень редко бывает - абсолютные измерения, которые можно делать без особых ухищрений. Это заложено в самой конструкции прибора и идее метода. Чисто методическая часть этого проекта будет априори полезна нашей лаборатории. Это и развитие нейтронных и гамма-детекторов, быстродействующих, с хорошим разрешением, с большими площадями, с хорошими эффективностями.

Евгений МОЛЧАНОВ,
фото представлены ООО "Диамант"

Список опубликованных в газете "Дубна" материалов по теме:

25.03.2010. Проект "ДВиН" получил поддержку корпорации РОСНАНО.
29.04.2011. Приборами из Дубны оснащаются вокзалы.
10.06.2011. И ДВиН, и "Нейтронные технологии".
10.02.2012. Истории успеха, написанные в Дубне.
28.12.2012. Исследуя глубины морей.
08.05.2013. Меченые нейтроны: поиск в недрах земли и на морском дне.
14.02.2014. Питательная среда для новых идей.
04.09.2015. От Якутии до Архангельска.