Россия ускоряется в Гренобле

Россия увеличивает свое участие в работе Европейского центра синхротронного излучения, который изначально был построен и использовался без участия российских ученых. Этот комплекс создан в 1994 году совместными усилиями 20 стран, ESRF представляет собой электронный синхротрон с многочисленными каналами вывода синхротронного излучения из поворотных магнитов и дополнительных источников излучения. Синхротрон — это кольцевой ускоритель элементарных частиц, такой как Большой адронный коллайдер (БАК), только меньше.

Так, кольцо БАК имеет длину около 30 км, а ESRF — 844 м.

Однако если в ускорителях, подобных БАКу, физики изучают строение элементарных частиц и их взаимодействия, установка в Гренобле служит в первую очередь как источник синхротронного излучения. Центр синхротронного излучения, расположенный в Гренобле (Франция), является сегодня самым ярким и продуктивным источником рентгеновского излучения в мире и лидером по стабильности работы установки. Эти характеристики привлекают сюда множество специалистов из разных стран мира, которые проводят эксперименты в области не только физики, химии и материаловедения, но также биологии, медицины, археологии и других прикладных наук. До последнего времени работа ЕSRF финансировалась 18 европейскими государствами и Израилем.

Однако с 2014 года Россия стала полноправным членом Европейского центра синхротронного излучения, и вот уже второй год подряд на установке работают команды российских ученых.

В качестве компенсации расходов на строительство установки Совет ESRF установил для России единовременный разовый взнос в размере €10,0 млн (на эти деньги России предлагалось разработать до двух новых точек доступа к пучку жесткого рентгеновского излучения) и определил ежегодный, начиная с 2014 года, взнос Российской Федерации в бюджет — €5,26 млн.

Усиление присутствия России на одной из самых современных и мощных научных установок мира было одной из целей состоявшегося накануне визита российского министра образования и науки Дмитрия Ливанова.

Участие России в ESRF дает не только возможность российским ученым проводить первоклассные исследования на сверхмощном рентгеновском источнике. В перспективе это понизит издержки при проектировании и сооружении международной установки четвертого поколения ИССИ-4 на территории России и, по идее, станет гарантией зарубежным партнерам для инвестирования средств в ее сооружение, уверены российские власти.

«Наше сотрудничество затрагивает не только научные исследования, но и технологическое взаимодействие. У России есть амбициозные планы по строительству больших научных центров, и в этой области мы активно совместно работаем. Я более чем рад участию России в работе центра, это создает дополнительные возможности для всех, — заявил на встрече генеральный директор ESRF Франческо Сетте. — Особо хочу подчеркнуть роль Курчатовского института и его руководства в укреплении наших связей. Благодаря поддержке российских властей сотрудничество активно развивается, и

за последние два года доля российских исследований выросла с 2 до 5,5% и в ближайшее время должна достичь 6%.

Синхротрон в Гренобле — довольно дорогой прибор. Все страны-участники имеют для работы на нем определенное время, при этом одна смена, или «шифт», как говорят ученые, длительностью 8 часов стоит порядка $6 тыс. Несмотря на это, эксперименты идут без остановок круглосуточно в течение сего года.

Россия, пока не была членом ESRF, не могла самостоятельно участвовать в экспериментах, поэтому наши ученые лишь входили в состав научных групп других стран. «Специалисты отмечают, что качество заявок из России растет. Это значит, что у нас все больше высококлассных исследователей испытывают необходимость работать на установках уровня «мегасайнс». В результате Россия получает все больше времени для работы на синхротроне. Также растут результаты, количество публикаций и в целом престиж страны как мировой научной державы», — заявил министр Ливанов.

Поскольку синхротрон, по сути, является центром коллективного пользования, специальная комиссия два раза в год проводит отбор заявок от всех стран на проведение экспериментов. «Сегодня здесь делается наука мирового уровня, проводятся исследования в области материаловедения, наук о жизни, фармацевтики и других направлений. И я думаю, что доля российского участия в работе центра в 5,5–6% — это не предел и она будет увеличиваться», — заявил глава департамента технологий Минобрнауки Сергей Салихов.

Чтобы дать импульс к участию российских ученых в исследованиях, Минобрнауки совместно с ESRF провело дополнительный конкурс и отобрало еще 13 научных команд со всей России для работы на ускорителе, некоторые из них уже приступают к своим исследованиям в конце июня.

Среди отобранных участников — команды из МФТИ (кристаллография белков), МИСиС (изучение магнитных материалов), Института кристаллографии (спектроскопия сверхпроводящих гидридов), МГУ (изучение характеристик перспективных материалов) и другие научные организации.

С одним из проектов — Южного федерального университета, получившего путевку в Гренобль, — ознакомилась «Газета.Ru». Вообще, источники мощного рентгеновского излучения, подобные этому, часто находят применение в совершенно неожиданных областях науки.

Так, порой только рентгеновское излучение помогает исследовать ценные экспонаты культуры, выявлять скрытые слои краски искусствоведам, изучать древние артефакты археологам.

Но, пожалуй, самое многообещающее применение подобные установки могут иметь в медицине.

Лаборатория «Наноонкология», открытая в Ростове-на-Дону, поддержанная Российским научным фондом, ведет инновационный проект по диагностике и лечению рака. «Мы разрабатываем наночастицы для тераностики (терапия и диагностика) в онкологии», — рассказал «Газете.Ru» завкафедрой физики наносистем и спектроскопии д.ф.-м.н. Александр Солдатов.

Суть метода в следующем. С одной стороны, специальные наночастицы из оксида железа с заданными магнитными свойствами будут служить контрастным веществом для определения опухолей методом магнитно-резонансной томографии (МРТ). С другой стороны, эти же частицы, оказавшись в пораженных клетках, должны убивать их методом локальной гипотермии. Сделать это можно, поместив ткани в переменное магнитное поле: магнитные частицы начнут колебаться и нагревать окружающие их клетки.

Чем-то этот процесс напоминает разогревание продуктов в печках СВЧ, с той лишь разницей, что в печках поле колеблется с радиочастотой, вредной для человека.

Чтобы завлечь магнитные наночастицы именно в пораженные клетки, их покрывают специальными маркерами, после чего в МРТ опухоль становится видна окрашенной определенным цветом и ее можно убивать высокой температурой. Главное в методе — замечательная особенность раковых клеток: если нормальные клетки выдерживают температуру 42°C, то раковые клетки погибают при температуре чуть выше 40°C.

«На этой тонкой игре температур можно сделать так, что онкологические клетки начнут отмирать, а обычные еще восстановятся», — пояснил ученый.

В России такие исследования на людях запрещены, поэтому эксперименты пока ставятся на тканях и мышах. Излучение синхротрона же ученым необходимо, чтобы понять, как эти частицы накапливаются в тканях, как взаимодействуют с ними, а лабораторные источники рентгеновского излучения, как правило, недостаточно чувствительны для невысоких концентраций. «Это как сравнить любительский девайс и профессиональный прибор», — говорит Солдатов. Планируется, что в случае успеха метода он будет применяться путем введения наночастиц в кровь онкобольных.

Работа российских ученых на синхротроне будет посменная, предполагающая кратковременные поездки в Гренобль. Каждому из отобранных проектов Минобрнауки дает поддержку, эквивалентную стоимости времени на ускорителе, — порядка 6–7 млн рублей.