В ВОСТОЧНОМ КАЗАХСТАНЕ ВОЗОБНОВЯТ ВЫПУСК СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО ПРОВОДА, ИСПОЛЬЗУЕМОГО В МЕДИЦИНСКИХ ТОМОГРАФАХ
Совместный проект по разработке технологии производства сверхпроводящего провода для магнитно-резонансных томографов намерены осуществить в Восточно-Казахстанском государственном техническом университете (ВКГТУ) им. Д. Серикбаева при содействии АО «Ульбинский металлургический завод» (УМЗ).
Цель и задачи данного проекта — создание технологии получения гомогенных заготовок сплава ниобий-титан для выпуска сверхпроводников, определение их необходимых характеристик, разработка конструкции сверхпроводящего провода и технологии его изготовления, наконец — строительство опытного участка по производству этой продукции.
Проект был презентован в ходе недавнего рабочего визита в Восточно-Казахстанскую область ПремьерМинистра РК Бахытжана Сагинтаева. Во время совещания в ВКГТУ глава Правительства, министры — образования и науки (МОН) Ерлан Сагадиев, по инвестициям и развитию Женис Касымбек, а также председатель правления АО «НАК «Казатомпром» Аскар Жумагалиев были ознакомлены с техническими подробностями возрождаемого производства.
Следует пояснить, что магнитнорезонансная томография (МРТ) является современным медицинским диагностическим методом, использующим принцип ядерного магнитного резонанса и добивающимся с помощью электромагнитного поля изображений тканей и органов любой части человеческого тела, под любым углом и направлением.
По оценкам ученых, МРТ — своего рода компьютеризированная карта или изображение энергетических сигналов, излучаемых человеком. МРТ превосходит по своим возможностям компьютерную томографию, так как вместо ионизирующего излучения принцип работы томографа основан на использовании (безвредных) электромагнитных волн.
Современные технологии и внедрение компьютерной техники в медицине определили возникновение такого метода, как виртуальная эндоскопия, позволяющего выполнять трехмерное моделирование структур, визуализированных с помощью МРТ. Данный метод является информативным при невозможности провести эндоскопические обследования, к примеру, при тяжелых патологиях, он необходим для диагностики, исследований динамики и дальнейшего лечения заболеваний.
ПРЕДЫСТОРИЯ ВОПРОСА
А предыстория проекта такова: аким Восточно-Казахстанской области Даниал Ахметов обратился к специалистам четырех ведущих предприятий региона:
ТОО «Казцинк», «Востокцветмет», АО «Усть-Каменогорский титаномагниевый комбинат», «Ульбинский металлургический завод» с тем, чтобы они предложили ученым темы, в решении которых заинтересованы.
— И это очень правильный подход, — считает научный руководитель проекта, профессор ВосточноКазахстанского государственного технического университета им. Д. Серикбаева, заведующий кафедрой энергетики и технической физики, руководитель научной школы, доктор физико-математических наук Сергей Плотников. — Вообще-то наука (фундаментальную не будем считать) должна развиваться, как и во всем мире, в соответствии с пожеланиями крупных компаний.
Скажем, у предприятия возникают определенные трудности, производственники обращаются к ученым, спрашивают: «Можете решить эту задачу?». И ученые берутся выполнить заказ предприятия, обозначившего свою проблему…
На таких условиях завязалось сотрудничество с перечисленными выше компаниями по проектам, в числе которых — разработка совместно с АО «УМЗ» технологии производства сверхпроводящего провода для магнитно-резонансного томографа.
В свое время специалисты завода и ученые ВКГТУ выступили со своими научными обоснованиями перед представителями Министерства образования и науки РК. Национальный научный совет одобрил этот и другие проекты. Все они будут профинансированы за счет комитета науки МОН РК. В настоящее время проект воссоздания производства сверхпроводников находится практически на стадии реализации.
— Мы подали бюджетную заявку в Министерство финансов, на все заявленные ВКГТУ проекты (всего их семь) до конца года выделено 900 млн. тенге, — говорит Сергей Плотников.
Среди других проектов, реализуемых ВКГТУ им. Д. Серикбаева совместно с АО «УМЗ» помимо разработки технологии производства сверхпроводящего провода значится создание высокотехнологичного производства изделий медицинского назначения из тантала и ниобия. С АО «Усть-Каменогорский титаномагниевый комбинат» ученые университета работают над проектами по выпуску титановой продукции для нужд нефтегазовой отрасли и медицины.
Также большой практический интерес представляет работа по созданию технологии утилизации отходов хлорного производства АО «УКТМК» с получением новых видов продукции.
Кроме того, совместно с ТОО «Востокцветмет» ученые ведут поиск эффективного способа переработки лежалых «хвостов» обогатительных фабрик, а также — технологии подземного выщелачивания руд.
НЕ НА ГОЛОМ МЕСТЕ
Предпосылками к разработке проекта стали наличие материалов для изготовления сверхпроводящего провода, а также квалифицированного научно-производственного персонала и имеющаяся материально-техническая база. То есть, проект возник не на голом месте.
По словам Сергея Плотникова, в 90-е годы минувшего века на УМЗ был участок по выпуску сверхпроводящего провода, который поставлялся на оборонные предприятия СССР. После развала Союза участок законсервировали, но специалисты и материалы (ниобий, титан, тантал) остались. Ниобий и тантал — на УМЗ и титан — на УК ТМК.
— Цепочка производства такова, — пояснил Сергей Викторович, — мы производим сверхпроводящий провод, для чего имеются площади бывшего участка, оборудование, материалы и самое главное — кадры. Но дело в том, что сейчас появились другие сплавы, отличающиеся от тех, на которых завод работал раньше. Поэтому нужно не просто возрождать всю технологическую цепочку, но отдельные ее сегменты адаптировать к современным материалам и оборудованию, которое, кстати говоря, тоже модернизировано.
— Выпуском томографов занимаются всемирно известные фирмы, но дело в том, что заводов по изготовлению сверхпроводящего провода в мире всего два.
Самое главное в томографе — сверхпроводящий магнит. И задача Казахстана — не изобретать велосипед, а занять свою рыночную нишу, то есть, образно говоря, наладить для «велосипеда» выпуск ее основной запчасти.
Сегодня уже есть договоренности с германскими и японскими фирмами, специализирующимися на производстве томографов. Восточный Казахстан будет поставлять сверхпроводящую проволоку уже конкретно для них.
СУТЬ ПРОЕКТА
Ученый посвящает в тайну тайн проекта магнитно-резонансного томографа, которым сейчас мы все широко пользуемся, завоевавшего две нобелевские премии.
— Физика устройства такова — в сильном магнитном поле магнитный момент атома водорода поворачивает в определенном направлении, — говорит он. — При этом в магнитном поле появляется провал, который свидетельствует о том, что водород находится в определенном состоянии, с помощью этого магнитного поля мы можем определить состояние атома водорода.
Как устроен сам магнитно-резонансный томограф, который, кстати, раньше называли ядерным магнитно-резонансным томографом, но поскольку к ядерной физике он не имеет никакого отношения, то слово «ядерный» впоследствии убрали.
Итак, если частота магнитного поля совпадет с направлением движения магнитно-моментного водорода, мы чувствуем атомы водорода. Слово «томография» означает, что мы исследуем пространственное распределение этих атомов водорода. Таким образом, помещается магнит, который создает магнитное поле, в нем движется объект, внутри которого имеется водород. Магнитно-резонансный томограф чувствует водород. Объект движется, а магнитное поле разворачивается. Мы сканируем объект в магнитном поле и узнаем, как расположен атом водорода. А в итоге получаем живую картинку. Это и есть томография.
По словам ученого, основную деталь томографа составляет магнит, а основой этого магнита является сверхпроводник.
Метод магнитного резонанса позволяет изучать организм человека на основе насыщенности тканей организма водородом (в составе воды) и особенностей их магнитных свойств, связанных с нахождением в окружении разных атомов и молекул.
Сегодня в мире существует два вида магнитных томографов: резистивный (когда магнитное поле создается в обычном магните) и сверхпроводящий, появившийся позже, наиболее современные. Основой этого сверхпроводящего магнита и является сверхпроводящий провод, который будет производиться на Ульбинском металлургическом заводе в Усть-Каменогорске.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ
Уже сегодня можно говорить о большой практической значимости и социальной востребованности проекта.
Предполагается, что его реализация позволит создать производство с высокой добавочной стоимостью, а также предпосылки выхода Казахстана на международный рынок. Наряду с этим, будет определен сортамент для использования провода в других типах МРТ.
Кроме того, данная технология обеспечит приобретение новых компетенций выпускников казахстанских вузов, а также подготовку высококвалифицированных и интегрированных в мировой рынок инженерных кадров и создание дополнительных рабочих мест в регионе.
Как сообщил руководитель проекта, возможно дальнейшее использование оборудования при обучении студентов, магистрантов и докторантов PhD при прохождении производственной практики, также при работе над магистерскими и докторскими диссертациями.
Планируется использование закупленного оборудования и в других целях — для маркетинговых исследований по возможному применению сверхпроводящего провода в различных областях науки и техники.
По словам Сергея Плотникова, в настоящее время разработана научная часть проекта, согласованная с Министерством образования и науки, а Министерству по инвестициям и развитию РК предстоит разработать механизм реализации инновационной части.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА
Этапы проекта, реализуемого в рамках «Дорожной карты», расписаны с 1 марта 2017 года по 31 декабря 2019 года.
В этом году запланирована разработка технологии получения гомогенных заготовок сплава ниобий-титан д ля изготовления сверхпроводников, и конструкции и технологии производства сверхпроводящего провода, а также измерение характеристик полученных образцов в специализированных организациях. Кроме того, в текущем году планируется создание опытного участка по выпуску сверхпроводящего провода.
В следующем году начнется производство опытно-промышленных образцов и сертификация продукции потребителем.
И, наконец, в 2019 году будут определены конкретные характеристики провода, составлен перечень недостающего оборудования, необходимого для очистки готовой продукции от технологической смазки перед процессом эмалирования и рядной намотки на транспортные катушки, а также — проверки диаметра, длины сверхпроводящей проволоки, наличия инородных включений и других дефектов.
Бюджет проекта — 300 млн. тенге, из которых до конца нынешнего года намечено освоить 150 млн. тенге, в 2018-м — 100 млн. и 50 млн. тенге — в 2019 году.
Следует также добавить, что сфера научных интересов научного руководителя проекта Сергея Плотникова — ядерная физика, физика конденсированного состояния, многокомпонетные покрытия, сверхтвердые покрытия, ионная имплантация, взрывные и полупроводниковые технологии.
Научная школа, руководимая ученым-физиком, занимается исследованиями в области физики конденсированного состояния, материаловедения, радиационной физики твердого тела, модификации поверхности металлов и сплавов, альтернативных источников энергии, создания инновационных продуктов.
Молодыми представителями научной школы, руководимой Сергеем Плотниковым, получено пять патентов на изобретения, он подготовил шесть кандидатов физико-математических наук, является научным консультантом трех докторантов (PhD).
Ученым опубликовано 350 научных статей, получено 16 авторских свидетельств и патентов РК, издано четыре монографии и два учебных пособия. Он удостоен звания «Почетный работник образования Республики Казахстан», является обладателем гранта МОН РК «Лучший преподаватель вуза» 2006 и 2015 годов.
Ольга Сизова
Журнал «Горно-металлургическая промышленность»
№3 2017
