Диагностические томографы на эффекте ядерного магнитного резонанса, которыми с недавних пор начали оснащаться клиники страны, уже спасли не только тысячи человеческих жизней, но и… целое направление физических исследований, ведущихся в Беларуси.
Дело в том, что физика низких температур, о которой идет речь, требует больших затрат, связанных с использованием жидкого гелия. Во времена СССР на такие расходы смотрели спокойно, так как само это направление фундаментальных исследований было престижным для страны и к тому же прикладная тематика в этой области формировалась в значительной мере исходя из потребностей военного ведомства. Деньги же на оборону выделялись, как известно, без колебаний. Именно поэтому в Объединенном институте физики твердого тела и полупроводников Национальной академии наук Беларуси был в свое время организован Центр криогенных исследований и создан технологический комплекс по ожижению гелия, где для нужд науки производился этот чрезвычайно дорогой сжиженный газ. Но распался Советский Союз, и встал вопрос: надо ли и дальше нести эту ношу?
К счастью для научного коллектива, как раз в это время в белорусских медицинских учреждениях и появились первые магниторезонансные томографы, замечательные свойства которым придает именно жидкий гелий, имеющий температуру кипения всего на 4 градуса выше абсолютного нуля. В каждый такой аппарат для охлаждения сверхпроводящих обмоток электромагнитов один раз в полгода требуется заливать по 500 литров гелия, а таких томографов в республике уже больше десятка.
Обеспечивать необходимый сервис могли бы и сами поставщики диагностических комплексов. Но зачем нам переплачивать за импортный гелий, если есть свой? Он у нас дешевле, а мощностей институтской ожижительной установки, как выяснилось, вполне хватает не только для обеспечения медицины, но и проведения научных исследований. Так благодаря здравоохранению производство гелия получило заветную «броню» от каких бы то ни было посягательств. Более того, открылись и заманчивые рыночные перспективы, поскольку томографы все шире используются в некоторых соседних странах, где своего жидкого гелия нет.
— Благодаря тому, что наше подразделение стало самоокупаемым, появилась возможность ставить более сложные и низкотемпературные эксперименты, причем не только нашим сотрудникам, но и коллегам из Института физики, Института молекулярной и атомной физики, а также Белгосуниверситета, — говорит руководитель Центра криогенных исследований доктор физико-математических наук Сергей Демьянов. — Развернувшиеся у нас фундаментальные исследования процессов переноса заряда в проводящих средах в сильных магнитных полях при сверхнизких температурах были высоко оценены в мире. И не случайно именно наш институт стал основным исполнителем очень интересного международного проекта, который не так давно был успешно завершен. Вместе с коллегами из России и Украины создан криогенный гиперпроводящий трансформатор мощностью 1 мегаватт. В отличие от стационарных масляных аналогов такой же мощности, весящих 4 тонны, наш трансформатор весит всего 68 килограммов. Это означает, что такое электрооборудование можно использовать для мощных бортовых систем энергообеспечения, например, космических аппаратов при сканировании поверхности планет ионными пучками. Зондирование с помощью таких ускорителей очень информативно и позволяет с орбиты получать достоверные сведения о составе атмосферы, вести поиск полезных ископаемых, с высокой точностью определять состав промышленных выбросов.
Уникальность бортового трансформатора состоит в том, что на одной катушке впервые были совмещены гиперпроводящие обмотки высокого и низкого напряжения, что прежде считалось неразрешимой задачей. Для ее решения потребовались и нестандартные конструкторские идеи, и использование сверхчистых металлов, и применение новых изолирующих материалов, обладающих практически нулевым коэффициентом линейного расширения при криогенных температурах. В результате удалось добиться невиданных технических характеристик: тепловых потерь не более 0,1 процента, тогда как потери в пределах 10 процентов считаются в электротехнике вполне приемлемыми. Это особенно впечатлило участников недавно прошедшего Шестого Московского международного салона инноваций и инвестиций, где были продемонстрированы научно-технические решения, реализованные в этой разработке.
Такой трансформатор – изделие все же эксклюзивное и очень дорогое, которому едва ли найдется другая работа, кроме космической. Но бесценный опыт создания криогенных систем обогатил ученых и позволил адаптировать некоторые идеи к вполне земным задачам. Так была создана, например, система хранения донорских клапанов сердца при низких температурах, которая была успешно апробирована в клиниках Минска.
Будет востребована и установка для криогенного замораживания микробной биомассы, разработанная и построенная по заказу коллег из Белорусского научно-исследовательского и конструкторско-технологического института мясной и молочной промышленности. Как поясняют пищевики, с помощью этого оборудования они намерены отработать новую технологию сохранения молочнокислых бактерий, что даст возможность снабжать молокозаводы только отборными штаммами микроорганизмов. Ведь до сих пор выращенные в лабораторных условиях бактерии сначала сушат, потом перетирают, сублимируют и в таком виде развозят по молокозаводам. Живых клеток после такого жестокого обращения остается мало, а потому качество кисломолочных продуктов страдает. Правда, и попытки заморозить такую биомассу тоже ни к чему хорошему не приводили: превращаясь в лед, содержащаяся в клетках влага разрывала их оболочки. Только замораживание при низкой температуре позволило наконец решить проблему. Замерзая мгновенно, вода не проходит стадию кристаллизации и сразу же превращается в аморфный лед, который гораздо меньше травмирует живые клетки.
— Конечно, — замечает ученый, — технологические изыскания по замораживанию бактерий к высокой науке отнести нельзя, но это живое инновационное направление, которое должно принести реальные плоды уже в ближайшие годы. Кроме того, такие работы поддерживают ведущиеся у нас фундаментальные исследования, например, в области получения так называемых ионных жидкостей, которые выведут на новый уровень электрохимию. Или в области разработки основ создания нового типа наноструктурных сенсоров, которые будут создаваться в каналах, сформированных в веществе высокоэнергетичными ионами. Высокое и приземленное, как показывает опыт, вполне может соседствовать в науке и выигрывать от этого.
