Баннер
СРОЧНО!

Домой Добавить в закладки Twitter RSS Карта сайта

Наш нейтронный нос Печать
02.02.2012 07:04

Или чем связаны нефть, «айфон» и Мухтар

 

«Нюхай, Мухтар, нюхай!» – давал команду взять след своему четвероногому питомцу проводник служебной собаки Колычев в известном фильме «Ко мне, Мухтар!». Прибор ДВиН (Детектор Взрывчатки и Наркотиков), изобретенный учеными Дубны, может заменить сразу нескольких мухтаров. Потому что работает точнее, не лает-не кусает и совсем не устает, работая с 2011 года в количестве шести десятков экземпляров на станциях Московского и Ленинградского метрополитена, а также на железнодорожных вокзалах российских городов.

Этот инновационный аппарат производит российская инновационная компания «Нейтронные технологии», руководимая физиком Михаилом САПОЖНИКОВЫМ, заместителем директора Лаборатории физики высоких энергий Объединенного института ядерных исследований.

ДВиНу, в отличие от Мухтара, не требуется «нюхать» вещь преступника, чтобы обнаружить его след. Прибор от рождения «натаскан» на тридцать с лишним видов взрывчатки, наркотиков и сильнодействующих ядов. Нейтронный «нос» на расстоянии слышит запах опасности, скрытой в морских контейнерах, транспортных фурах или багаже пассажиров.

Принцип действия прибора таков: ДВиН испускает пучок меченых нейтронов, направляя его, словно луч, на исследуемый объект (скажем, чемодан). По реакции нейтронов на содержимое объекта «нос» сообщает, есть или нет внутри взрывчатка, наркотики либо яды. Получить ответ от нейтронов можно лишь благодаря тому, что они меченые.

Чем метят нейтроны

Еще в прошлом веке на осмотренных чемоданах таможенники ставили белый крестик обычным мелом. Нейтрон – не чемодан, его невозможно увидеть даже в электронный микроскоп, поэтому крестик на нем не поставишь. Так что метят их не мелом, а другими частицами.

В приборе ДВиН нейтроны производит миниатюрный ускоритель длиной всего 30 см. Его официальное название – импульсный нейтронный генератор – означает, что нейтроны появляются не постоянно, а лишь во время импульса: в момент столкновения ядра «тяжелого» водорода с ядром трития. В столкновении двух ядер, как Венера из морской пены, рождается другая пара: нейтрон и альфа-частица. Поскольку каждый нейтрон вылетает из нейтронного генератора всегда в паре с альфа-частицей, то альфа-частицу и сделали меткой нейтрона.

Зачем метят нейтроны

Родившись вместе, нейтрон и альфа-частица разлетаются в разных направлениях и с разными скоростями – примерно, как бильярдные шары, вылетающие из группы, в которую ударил биток. Но физические характеристики пары альфа-частица плюс нейтрон оказываются связанными друг с другом. Поэтому стоит лишь зафиксировать датчиком энергию и направление движения альфа-частицы, как тут же станет известно то же самое о помеченном ею нейтроне.

И вот летят меченые нейтроны пучком в досматриваемый объект. Один попадает в спрятанный там (к примеру) гексоген, а другой пролетает мимо гексогена. Нейтрон, что попал в гексоген, при столкновении с ним испускает гамма-излучение. По энергии гамма-излучения можно определить, с ядрами каких химических элементов столкнулся нейтрон. Если это те элементы, из которых состоит гексоген, значит, цель обнаружена. О положении гексогена внутри объекта расскажет альфа-частица, пометившая угодивший в цель нейтрон.

Прибор ДВиН позволяет выпускать одновременно 64 нейтронных пучка и получать изображение «срезов» объекта по глубине – трехмерный его образ. Поскольку гамма-излучение обладает высокой проникающей способностью, то взрывчатые и другие запрещенные вещества и предметы можно обнаружить, даже если они скрыты внутри бетонной стены толщиной 30 см.

Носом чуют нефть

Использовать всюду проникающие нейтроны для разведки нефти предложил в 1940 году, работая в США (еще до своего переезда в Дубну), итальянский физик Бруно Понтекорво. Считается, что он впервые и осуществил эту идею в США в 1941 году.

Внутри нефтяной скважины перемещали толстостенную стальную гильзу, содержавшую нейтронный источник (запаянную ампулу с механической смесью порошков бериллия-7 и полония) и детектор, регистрировавший излучение от горных пород, облученных нейтронами. Смесь радиоактивных изотопов бериллия и полония непрерывно производила поток нейтронов. Нейтроны взаимодействовали с ядрами элементов, которые содержались в горных породах скважины. Детектор стальной гильзы фиксировал энергию    столкнувшихся с ядрами элементов породы нейтронов. По ней и судили о том, содержится ли в этих породах водород, входящий в состав нефти, поскольку столкновение с ядрами водорода замедляло бег нейтронов – снижало их энергию.

Но оказалось, что источник непрерывного действия при нефтяном каротаже плохо отличал друг от друга пласты, насыщенные водой и нефтью. И вода, и нефть содержат водород, поэтому обе жидкости замедляют нейтроны практически в одинаковой степени.

Толчок развитию нейтронных источников дало изобретение термоядерного оружия, где их использовали для инициации реакции цепного деления.  В американском «Толстяке», взорванном над Нагасаки 9 августа 1945 года, цепную реакцию плутония-239 запустил нейтронный инициатор под названием «ежик» – шарик из бериллия размером с перепелиное яйцо, покрытый тонким слоем полония. Но такую схему признали малоэффективной, и неуправляемый тип нейтронного инициирования почти не применялся в дальнейшем. Более эффективным инициатором стал малогабаритный импульсный нейтронный генератор (предшественник того самого маленького ускорителя нейтронов для детектирования взрывчатки и наркотиков).

В разведке нефти импульсный источник нейтронов тоже давал более существенный эффект – оказался, как минимум, точнее. Его детектор при каротаже регистрировал энергию гамма-излучения от ядер элементов горных пород, облученных нейтронами. Эта энергия так же индивидуальна для каждого химического элемента, как отпечатки пальцев для человека.

В Советском Союзе первый импульсный генератор нейтронов для контроля нефтяных скважин к 1956 году разработал коллектив физиков во главе с академиком Георгием Флеровым, известным всему миру как лидер пионерского синтеза сверхтяжелых элементов в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне. (Кстати, один из последних элементов таблицы Менделеева, открытых в Дубне группой под руководством его ученика и последователя, академика Юрия Оганесяна, будет назван флеровием.)

Выходит, появлением миниатюрного ускорителя нейтронов, который использован дубненскими физиками для создания «нейтронного носа» ДВиН, мы обязаны нефти и термоядерному оружию.

Любопытные аналогии

Если попытаться разобраться в том, что сыграло решающую роль в становлении бизнеса крупных высокотехнологичных компаний, то окажется, что практически каждая из них не смогла бы выжить без госзаказов или государственной поддержки в другой форме. Например, общими звеньями в бизнес-цепочках развития компаний Apple, IBM и пока еще небольшой фирмы «Нейтронные технологии» из Дубны оказались нефть и государственные нужды. Судите сами.

Михаил Сапожников – генеральный директор ООО «Нейтронные технологии» – придумал и создал мобильный детектор взрывчатки и наркотиков (ДВиН) на основе нейтронного источника для нефтяного каротажа. Опытные образцы прибора создали по заказу ФСБ России. А серийное производство ДВиНа в Дубне удалось запустить с помощью технической базы ОИЯИ и финансов государственной корпорации «Роснанотех». Первыми потребителями продукции «Нейтронных технологий» стали ОАО «РЖД», Московский и Ленинградский метрополитен.

Два Стива – Джобс и Возняк – сделали свой первый персональный компьютер Apple I на базе процессора MOS Technology 6502. Микросхемы для него разработали инженеры Texas Instruments, преемницы компании GSI – Объединенной геофизической службы, которая до 1941 года занималась сейсмической разведкой для нефтедобывающей промышленности США. Во время Второй мировой войны GSI производила электронику для войск связи армии и флота Соединенных Штатов. Вряд ли об этом знают миллионы пользователей «айфонов», «айподов» и «айпэдов» во всем мире.

Компания International Business Machines, больше знакомая нам под аббревиатурой IBM, появилась благодаря проходившей в США переписи населения 1890 года. Для обработки ее результатов впервые применили изобретение Германа Холлерита под названием «электрический табулятор». Воодушевленный успехом изобретатель открыл фирму по выпуску табуляторов, которая через 34 года превратилась в IBM. Выйти из кризиса «Великой депрессии» IBM помогли крупные заказы правительства США. Есть сведения, что в 1941 году компания поставляла по лизингу свое оборудование в концлагеря фашистской Германии для учета пленных, а во время Второй мировой войны  производила стрелковое оружие. После войны IBM создала для ВВС США компьютеризированную систему ПВО.

Так что же движет развитием высоких технологий?

Истории успеха

Анализ развития «икон бизнеса» вроде Apple и IBM подсказывает, что даже самый успешный продукт рынка высоких технологий теряет свою высокую популярность лет через пять-десять. Появляются конкуренты, которые покупают готовые решения, цена на инновацию падает, рынок ею насыщается, продажи снижаются. Чтобы тот же продукт покупали, нужно чтобы он быстро портился и не выпускался по лицензии. Но ненадежность товара создает компании-производителю плохую славу. Значит, чтобы не обанкротиться, каждые три-пять лет надо предлагать потребителям новый продукт.

Следуя этой логике, компания Apple не продавала лицензию на выпуск своей операционной системы, за 25 лет сменила 4 модели персонального компьютера и вышла на рынок аудиоплееров и мобильных телефонов.

IBM не оформила патент на свою операционную систему для персональных компьютеров, потеряла позиции на этом рынке и вынужденно сместила бизнес в область консалтинговых услуг.

Компания Microsoft свою долю рынка программного обеспечения расширила за счет программ для игровых приставок, карманных компьютеров и мобильных телефонов.  Активно скупает бизнес крупных конкурентов и смежников (интернет-реклама aQuantive, интернет-телефония Skype), практически доминируя на рынке. Европейские чиновники штрафуют Microsoft за нарушение антимонопольного законодательства, но госзаказы от них компания все равно получает.

Производители пищевых продуктов тоже укрепляют свой бизнес за счет поглощения конкурентов и выпуска новой линейки товаров. Правда, инновационная еда не всегда лучше привычной потребителям. Например, новинки последнего десятилетия на рынке пищевых продуктов (молочные и немолочные напитки, сыры, сладости) снижают издержки производителя путем замены качественных ингредиентов вроде натурального молока и сливочного масла на порошковые суррогаты и низкокачественные «жиры специального назначения» (читай – пальмовое масло). А производство растворимого кофе просто решает проблему сбыта избытка натурального кофе на территории Бразилии. При этом съедобные инновации внедряются под видом особо полезных для здоровья штучек.

Все эти истории успеха в инновационном бизнесе уже стали азбучными истинами. И мы  могли бы вынести из них полезные уроки по поводу инноваций, на которые имеет смысл сделать ставку для быстрой и эффективной модернизации российской экономики. Ну, например, тот урок, что без госзаказов инновации вроде ДВиНа не будут иметь значительного спроса (они уж точно – не для домашнего хозяйства), а значит, перспективные нейтронные технологии не получат дальнейшего развития. Те же соображения применимы к строительству современных ускорителей для протонной терапии онкологических заболеваний. Их, между прочим, собирают тоже в Дубне, в ОИЯИ.

Поскольку направления модернизации уже сформулированы в одном из посланий Президента РФ к Федеральному собранию, то стоило бы, наверное, поддержать серьезным государственным заказом инновации, которые укладываются в обозначенные этими направлениями рамки. По части же продуктового бизнеса плечо государственной поддержки, видимо, разумно подставлять только тем производителям, которые не экономят на здоровье населения, а делают натуральную, качественную и безопасную еду.

Только государство и крупный производительный бизнес (масштаба оружейного или нефтяного) могут дать толчок развитию инноваций и поставить на ноги инновационное предприятие в первые годы его работы. А потом уже его работу отрегулирует рынок. Это как с детьми в семье: родители дают воспитание и образование, а встали на ноги – трудитесь сами, зарабатывайте семье на хлеб.

В сегодняшней, немодернизированной России все же есть несколько процветающих НИИ и заводов. Они работают на нефтяную отрасль – на ее деньги и для ее развития. Средств на это не жалеют. Остается, крепко поддерживая проекты, подобные ДВиН, двинуть вперед и всю российскую экономику.

Наталия Теряева

 

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

 

Простая математика
Данные с ЦБР временно не доступны. Приносим свои извинения за неудобство.
Встреча, Газета , Ооо