Самарский ФИАН создает материалы и технологии будущего

Химически чистые наночастицы для медицины, новые типы лазеров, технология создания новых оптических приборов – о том, над чем работают самарские физики сегодня, рассказывает заместитель директора по научной работе, кандидат физико-математических наук Самарского филиала Федерального бюджетного учреждения науки Физического института им. П.Н.Лебедева Российской академии наук, кандидата физико-математических наук Владимира Казакевича.

- Как и когда был создан самарский филиал ФИАН?

- Наша головная организация находится в Москве, это известный во всем мире ФИАН. Филиал ФИАН в Самаре был организован в 1980 г. по совместной инициативе руководства области и директора ФИАН лауреата Нобелевской премии академика Н.Г. Басова для решения фундаментальных и прикладных задач в области создания новых лазерных систем и технологий.

- Почему именно Куйбышевская область была выбрана площадкой для филиала ФИАН?

- Инициатором появления филиала именно в нашей области стало руководство региона. Куйбышев тогда был одним из центров космической, автомобильной, электротехнической и нефтехимической промышленности СССР. А лазеры нужны были во всех этих производствах. И именно для их внедрения был создан самарский филиал ФИАН. Следует подчеркнуть, что идею создания филиала Физического института им П.Н.Лебедева в Самаре горячо поддерживал легендарный конструктор авиационных и ракетных двигателей дважды Герой Социалистического Труда генерал-лейтенант инженерно-авиационной службы академик Николай Дмитриевич Кузнецов

- Кто же были первыми сотрудниками института?

- В первой половине 1980г в Куйбышеве высадился настоящий «десант» энтузиастов, в числе которых был и первый директор филиала Виктор Анатольевич Катулин – сотрудник лаборатории квантовой радиофизики ФИАН, выпускник МГУ. Следует отметить, что первыми научными сотрудниками филиала были в основном выпускники московских вузов МГУ, МФТИ, МИФИ. Особенно много было выпускников специального факультета физики МИФИ

- Что это за факультет?

- Спецфак МИФИ, который был создан в 1972 году – это еще одна верная и очень результативная инициатива академика Н.Г.Басова. Суть этой идеи, этой инициативы заключалась в том, чтобы весьма небольшой части студентов-физиков из нестоличных вузов дать великолепное физическое образование в МИФИ, а затем в ведущих научно-исследовательских институтах Москвы подготовить из них молодых ученых в различных областях физики. Потом эти молодые ученые должны были вернуться в свои родные ВУЗы и вести научную и преподавательскую деятельность. Вот я, например, начинал учиться в Белорусском государственном университете, а после пятого семестра уехал в Москву и попал на третий набор спецфака. Вместе со мной учились ребята из всех республик СССР. Географически от Калининграда до Владивостока и от Нижнего Новгорода до Ашхабада. Лекции нам читали кандидаты и доктора наук, лауреаты различных премий. Было безумно тяжело и безумно интересно. Именно на cпецфаке я, как и многие мои товарищи, решил заниматься лазерной физикой. Ведь у истоков создания этого направления в физике стоял наш «крестный отец» - академик Николай Геннадиевич Басов

- Итак, «десант» высадился на самарской земле, и с чего же начались ваши работы?

- Как сейчас модно говорить, с мониторинга. То есть сотрудники филиала знакомились с самарскими, в то время куйбышевскими, предприятиями, с их задачами и проблемами. Таким образом, обрисовался и первоначальный круг задач, разрешением которых нам нужно было заняться. И надо сказать, что уже первые годы работы самарского филиала ФИАН принесли немало великолепных научных и практических результатов. Так, под руководством доктора физико-математических наук Сергея Васильевича Каюкова была разработана уникальная технология прецизионной лазерной сварки. С помощью лазерной сварки удалось принципиально изменить технологию крепления защитных шайб приборных подшипников, что позволило в разы снизить процент брака. Это было совершенно потрясающим достижением, потому что до этого считалось, что лазерная сварка защитный шайб подшипников невозможна априори в силу сложных теплофизических процессов, протекающих в материале подшипника. Также была разработана и внедрена технология сварки защитных кожухов кабелей. В филиале были выполнены многочисленные исследования по разработке кислородно-йодного лазера. Несколько лет назад за достижения в этой области наши сотрудники В.Д.Николаев и М.В.Загидуллин были награждены премией Правительства РФ

- Чем же заняты ученые самарского филиала сегодня?

- Разрабатываются новые типы жидкокристаллических модуляторов, которые позволяют более гибко управлять оптическими характеристиками этих структур. Создаются новые оптические элементы, для примера – можно cделать линзы, в которых фокусное расстояние будет меняться в зависимости от расстояния до объекта, освещенности, каких-то других условий. Можно создать корректирующие устройства для телескопов, которые позволят получать изображение лучшего качества. Эти же устройства можно использовать для тончайшего управления движением микрочастиц, что важно, например, для медицины, микроэлектроники. Ведутся работы, связанные с изучением генерации и распространения акустических колебаний в особых, так называемых неравновесных физических средах. И хотя эти работы носят пока в основном академический интерес, можно пофантазировать на тему их использования в авиационной технике. Наши сотрудники работают над получением новых типов катализаторов, этой основы химического производства, с помощью которых можно синтезировать новые материалы с большей эффективностью. Важная работа по исследованию порошковых материалов и композиций, и на их основе - лазерного синтеза объемных изделий деталей машин методом селективного лазерного спекания ведется под руководством доктора физико-математических наук И.В.Шишковского. Успешно реализовано на практике совмещение процесса лазерного спекания с процессами лазерной пайки или контролируемого самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, что значительно расширяет возможности синтезируемых трехмерных изделий и создание интеллектуальных микроустройств - имплантатов, сенсоров, фильтров, пъезодетекторов, пъезонасосов и т.д. Проще говоря, с помощью лазера можно будет создать структуры, которые по разным направлениям обладают разными свойствами – проницаемостью, метрическими свойствами. То есть можно сделать фильтр, который будет пропускать только воздух или только воду, или сделать нечто, что будет под действием разных условий изменять свои характеристики – увеличивать или уменьшать пропускание. Ведутся у нас работы по получению химически чистых наночастиц методом лазерной абляции. На данный момент это лучший способ получения химически чистых наноматериалов, в том числе магнитных наноматериалов. Другие технологии плохи тем, что при их применении получаются частицы с большим количеством примесей, которые снижают ценность полученного материала. С помощью определенных технологий на такие магнитные наночастицы можно «привязать» соответствующее лекарство, ввести их в организм и с помощью магнитного поля локализовать эти наночастицы в местах, требующих лечения. Тем самым проводить лечение больного органа локально, резко снизив при этом нежелательную медикаментозную нагрузку на здоровые органы

- Звучит как фантастика…

- Современные научные исследования часто звучат фантастично. Если бы позволяли возможности (к сожалению, большая часть оборудования института двадцатилетней давности), то наши исследования были бы и еще более невероятными. Ведь за годы и десятилетия работы каждый наш ученый овладел фантастическим объемом знаний, приобрел уникальные навыки и методики работы… Это же капитал, которому цены нет…

- А часто ли к вам за помощью обращаются наши, самарские предприятия?

- Не так часто, как хотелось бы… Вот передо мной лежит стеклянная пластина с нанесенным на нее прозрачным токопроводящим покрытием. Если через это покрытие пропустить электрический ток, то стекло будет нагреваться. Так вот, стоит задача – в нужных местах снять это покрытие так, чтобы сформировать токопроводящую дорожку нужной формы. Как это сделать на небольшом образце стекла - понятно. Сразу можно предложить хоть десять вариантов. Но нам десять не нужно… Нужен один, который и будет интересен заказчику… Задача вроде бы чисто практическая, но в ней сразу видно столько возможностей для дальнейших исследований… Или вот еще… Недавно к нам обратились врачи с предложением помочь им создать устройство, которое давало бы возможность в процессе лечения корректировать бинокулярное зрение больных, нарушенное в результате различных несчастных случаев, например, автомобильных аварий. В принципе, это обычная оптическая задача, совсем несложная, но в данном случае очень специфическая. Ее специфика состоит в том, что работать нужно с таким органом, как человеческий глаз. Вот и будем решать эту задачу, собрав ученых-оптиков, электронщиков, материаловедов. Ведь система РАН как раз и позволяет аккумулировать усилия ученых разных областей науки для решения вот таких комплексных задач

- Проблемы кажутся частными, а ведь ваш институт занимается фундаментальными исследованиями?

- Не совсем так. Любая фундаментальная работа, в конце концов, становится прикладной. Подчеркиваю, любая… И напротив, решение прикладной задачи очень часто приводит к созданию фундаментальной теории. Например, Макс Планк работал в фирме по производству ламп накаливания. Когда лампы накаливания стали применять массово, возникла экономическая потребность их эффективной работы. Была поставлена задача – определить, какой должна была быть мощность тока, обеспечивающая максимальную световую отдачу лампы. Тогда теория не отвечала на этот вопрос. Макс Планк начал разбираться с проблемой, и в результате родилась целая квантовая механика. Так и у нас в институте. Решаем конкретные задачи, определяем всякие константы, коэффициенты, устанавливаем зависимости, а потом собираем все вместе и получаем красивый результат в виде сваренного лазерным лучом миниатюрного подшипника, движущихся по заранее заданной траектории микрочастиц или ответов на вопросы по озоновому слою Земли

-Можно немного сказать о вашей конкретно научной работе. С чем она связана и для чего используется?

-Конечно. Моя основная научная работа связана с экспериментальным и теоретическим исследованием процессов, происходящих в активных средах мощных газовых лазеров высокого давления. Процессы, протекающие в этих средах, настолько сложны и многогранны, что простой численный расчет по сути дела бесполезен: слишком много строго не определенных констант. Приходится искать новые способы анализа таких сложных систем. Одним из возможных методов изучения работы таких лазеров является использование так называемого R/S анализа, который широко используется в гидрологии, экономике, медицине. Мне хотелось бы расширить область применения этого метода и использовать его при изучении работы лазера. Уже сейчас получены интересные результаты. Но важно даже не это, а то, что этот метод , на мой взгляд, можно использовать, например, в филологии, криминалистике… Вот так всегда в науке: ищем одно, а находим нечто совершенно другое. Важно только понять результат, не пройти мимо его. А для этого и нужна наука…

Биографические сведения: родился в 1954 году в Архангельске. Образование: закончил специальный факультет физики Московского инженерно-физического института, в 1985 году в Физическом институте им. П.Н.Лебедева АН СССР защитил диссертацию на соискание ученой степени кандидата физ.-мат. наук по теме «СПЕКТРАЛЬНО-ВРЕМЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ ИМПУЛЬСНОГО ЭЛЕКТРОИОНИЗАЦИОННОГО СО-ЛАЗЕРА». С 1998 - заместитель руководителя СФ ФИАН по научной работе. Член Лазерной ассоциации с 1991 г.