Университетское ускорение

Ускорители заряженных частиц, изначально создаваемые для фундаментальных исследований по физике элементарных частиц, находят все более широкое применение в самых различных областях фундаментальных и прикладных исследований: от медицины, вирусологии и криминалистики до археологии и мониторинга загрязнений окружающей среды. Запуск нового кампуса НГУ, который строится в рамках национального проекта «Наука и университеты», даст этому направлению новый импульс развития.

Даже далеко отстоящие от физики и друг от друга сферы человеческой деятельности получают сегодня новые импульсы развития благодаря технологиям, основанным на ускорителях элементарных частиц.

Новосибирский государственный университет, в состав которого входит Физический факультет, совместно с Институтом ядерной физики им Г.И. Будкера СО РАН активно развивает передовые научно-исследовательские направления, основанные на применении ускорителей. Сотрудничество ведущего образовательного центра с одним из признанных мировых лидеров по физике ускорителей позволяет проводить комплекс исследовательских работ в самых различных направлениях, обеспечивая трансфер научных разработок в практику реального применения.

При этом студенты физфака с самого начала обучения интегрируются в академическую среду, что позволяет в дальнейшем обеспечивать профессиональными кадрами ИЯФ и другие институты Сибирского отделения Академии наук, а также будущий ЦКП «СКИФ».

Одной из площадок, на которой НГУ готовит специалистов-физиков самого высокого уровня, стала Школа молодых ученых. На этом ежегодном мероприятии учащиеся совместно с признанными экспертами обсуждают фундаментальные теоретические проблемы физики, последние экспериментальные достижения и перспективы их практического применения в различных отраслях науки и техники.

В октябре 2023 года прошла Школа молодых ученых, организованная в рамках трехстороннего соглашения между НГУ, ФБУН ГНЦ ВБ «Вектор» и НИЦ «Курчатовский институт», она была посвящена применению синхротронного излучения для решения задач биологии. В результате студенты и аспиранты, обучающиеся по естественнонаучным дисциплинам, познакомились с возможностями применения синхротронного излучения для исследования объектов молекулярной биологии.

Нейтроны надежды

А спустя месяц, в ноябре 2023 года, прошла Всероссийская школа молодых ученых по бор-нейтронозахватной терапии. Школа «Медицинская технология бор-нейтронозахватной терапии рака (БНЗТ)» была организована в рамках совместного проекта НГУ и ИЯФ по программе «Приоритет-2030». Тема ноябрьских заседаний Школы — максимально актуальная, так как бор-нейтронозахватная терапия позволяет бороться с такими опухолями, которые в настоящее время не поддаются лечению никакими другими методами.

Более ста молодых ученых из Новосибирска, Москвы, Дубны, Нижнего Новгорода, Томска и других городов России прослушали одиннадцать лекций ведущих специалистов в сфере БНЗТ из России, Китая и Кореи. Все участники Школы признали ценность ее проведения — она стала очередным этапом выхода методики БНЗТ из стадии научных исследований в клиническую практику.

Этому во многом способствовали работы, проводимые на Физическом факультете НГУ, где осуществляют деятельность две лаборатории по тематике бор-нейтронозахватной терапии. Также на факультете есть магистерская программа «Медицинская физика», которая готовит специалистов для центров высокотехнологичной и ядерной медицины.

С использованием результатов ранее проведенных исследований, направленных на создание медицинской технологии лечения рака методом БНЗТ, ученые НГУ и ИЯФ начали доклинические испытания на крупных млекопитающих с онкологией. Полученные данные уже на этом этапе позволяют сделать вывод о клинической эффективности метода БНЗТ в отношении злокачественных видов опухолей, таких как меланома, глиоматоз головного мозга, глиобластома, и других. «БНЗТ является перспективным методом лечения агрессивных форм рака, не поддающихся лечению существующими медицинскими технологиями»,— говорит декан Физического факультета НГУ Владимир Блинов.

Сотрудники НГУ совместно со специалистами ИЯФ работают над усовершенствованием компактного источника нейтронов, лаборатория медико-биологических проблем проводит доклинические испытания медицинской технологии лечения рака методом БНЗТ на лабораторных животных, а в лаборатории радиобиологии ФЕН НГУ разрабатывается новый носитель бора-10 на основе борированных нуклеотидов методами комбинаторной химии.

Высокий потенциал спектрометрии

В НГУ работает центр коллективного пользования по ускорительной масс-спектрометрии, причем единственный в нашей стране. Ускорительная масс-спектрометрия — сверхчувствительный метод для обнаружения и количественной оценки с высокой точностью редких нестабильных изотопов. Сегодня радиоуглеродное датирование основано на изотопе углерод-14. С помощью этого метода можно определять возраст образцов до 50 тыс. лет. НГУ является разработчиком и правообладателем технологии пробоподготовки.

Спектр применения очень широк — это медицина, вирусология, криминалистика и даже мониторинг загрязнений окружающей среды. Технология востребована: в 2023 году объем заказов вырос в десять раз, и университет видит серьезные перспективы у данного направления. В планах — создать первый отечественный ускорительный масс-спектрометр, эскизный проект которого уже разработан в рамках программы «Приоритет-2030».

Одним из примеров разносторонних возможностей и высокого исследовательского потенциала ускорительной масс-спектрометрии стало датирование сотрудниками ЦКП «Ускорительная масс-спектрометрия НГУ-ННЦ» костных фрагментов, полученных при археологических раскопках «элитного» кургана саргатской культуры раннего железного века в Венгеровском районе Новосибирской области. В результате работ был получен статистически значимый набор радиоуглеродных дат и календарных возрастов. Также удалось выявить хронологии погребений и особенности образа жизни наших далеких предков.

Обработка данных показала высокую вероятность использования кургана в диапазоне между 200-м и 40-м годами до н.э., а также позволила выявить очередность погребений. Большим достижением ученых стали выводы об однотипности диеты у людей, захороненных на территории памятника, а также о коротком временном промежутке их проживания. Более того — результаты анализа легли в основу гипотезы о некотором преобладании в рационе женщин белковой пищи по сравнению с мужчинами. Вероятно, это произошло в результате большей стабильности богатого белком рациона и более оседлого образа жизни женщин рядом с богатой рыбой рекой в сравнении с мужчинами.

Столь широкий спектр научной интерпретации данных, полученных учеными НГУ, говорит о большом потенциале использования достижений физики ускорителей в различных областях фундаментальных и прикладных исследований. Дальнейшее развитие этого направления Владимир Блинов связывает со строительством нового научно-исследовательского корпуса НГУ. «В нем разместятся лаборатория инновационной и ядерной медицины и единственный в Сибири центр, оборудованный МРТ- и КТ-томографами, УЗИ-аппаратом, для проведения доклинических исследований на моделях крупных животных методом БНЗТ и с помощью других перспективных медицинских технологий»,— делится подробностями декан физфака. Новый кампус станет еще одним шагом НГУ на пути к достижению отечественного научного лидерства и технологического суверенитета.