О томских исследовательницах, принадлежащих к самым разным научным направлениям, «Наука в Сибири» традиционно пишет практически каждый год. Продолжаем знакомить читателей с представительницами академических институтов Томска.

Наталья Семенюк

В физику нельзя не влюбиться

Желание связать свою жизнь с физикой у научного сотрудника лаборатории теоретической физики Института сильноточной электроники СО РАН, старшего преподавателя кафедры физики плазмы Томского государственного университета кандидата физико-математических наук Натальи Степановны Семенюк появилось в школьные годы после посещения лекций известного преподавателя, нынешнего директора физико-математической школы ТГУ Павла Анатольевича Назарова. Она уверена: только вдохновив своим примером, можно заинтересовать молодежь этим научным направлением.

«Я закончила профильный экономический класс томской школы № 16 в 2010 году, в то время было очень модно поступать на экономику и юриспруденцию. Я тоже не исключала такой вероятности, но на мой окончательный выбор повлияла чистая случайность: однажды возле школьного расписания я увидела объявление о том, что физматшкола ТГУ приглашает на занятия. После лекций Павла Анатольевича Назарова, которые я прослушала, нельзя было не влюбиться в физику! Поэтому и было принято осознанное решение: подать документы на физический факультет ТГУ», — рассказывает Наталья.

Уже на втором курсе студентка пришла в ИСЭ СО РАН. Ее специализацией стала физика плазмы, о которой девушке тогда еще было мало что известно. Наталья вспоминает смешной случай, как однажды, идя по университетской роще, обсуждала по телефону, куда же пойти, так много вариантов: астрономия, общая физика, физика плазмы! Ее собеседник заинтересовался: а что такое физика плазмы? Ответ был честный: не знаю. Тут же прозвучал совет: вот и иди туда!

Встреча с будущим научным руководителем профессором, доктором физико-математических наук Андреем Владимировичем Козыревым произошла в коридоре ТГУ. Наставник, под крылом которого предстояло изучать физику плазмы и написать кандидатскую диссертацию, поинтересовался, умеет ли студентка паять. На что она честно призналась — нет.

Наталья Семенюк вспоминает о том, как, оканчивая последний курс бакалавриата, она отправилась в роддом с учебником по астрофизике. Беременность и рождение дочери не явились препятствием для успешной научной карьеры в самом мужском институте томского Академгородка — последний экзамен был сдан успешно, Наталья поступила в магистратуру, а затем и в институтскую аспирантуру.

Научный коллектив, в составе которого работает Наталья Семенюк, накопил огромный опыт численного моделирования, предназначенного для решения широкого спектра задач в области физики плазмы и газового разряда. Первыми в мире томские ученые предложили применять кинетический подход к моделированию газового разряда высокого давления, в рамках которого с помощью функции распределения среди различных электронов можно рассмотреть и убегающие электроны (электроны, которые набирают такую высокую энергию от электрического поля, что перестают сталкиваться с другими частицами). Другие два наиболее распространенных метода, такие как метод крупных частиц и гидродинамический, в силу своей специфики не позволяли исследовать незначительную долю убегающих электронов в разрядах атмосферного давления.

Недавно Наталья защитила кандидатскую диссертацию, в планах есть и докторская. Объектом исследований являются убегающие электроны, как в разрядах атмосферного, так и низкого давления. Ученая рассказывает об их практических приложениях: «Убегающие электроны в разрядах низкого давления актуальны для реализации процессов термоядерного синтеза в токамаках. Но наша специализация — более “спокойные” разряды. Сверхкороткий электронный пучок сейчас применяется для инициирования объемного разряда в СО2-лазере и возбуждения люминесценции в кристаллах. Поскольку ток убегающих электронов генерируется в коротком временном интервале в момент пробоя промежутка, то при торможении электронов будет сформирован короткий импульс рентгеновского излучения. Это открывает возможность создания рентгеновских приборов нового поколения на основе высоковольтного разряда с убегающими электронами».

Крупным успехом стали результаты, полученные совместно с учеными из Института электрофизики Уральского отделения РАН. В результате проведенных расчетов удалось установить, когда и где формируются и набирают энергию убегающие электроны, показать, что длительность тока таких электронов составляет всего около пяти пикосекунд. Это как раз тот самый случай, когда данные, полученные теоретиками, не только дополнили эксперимент, но и позволили заглянуть в область, недоступную современным приборам.

Сейчас Наталья Степановна участвует в гранте РНФ, цель которого — на основе ранее созданных методов изучить разлет плазмы в вакуумном разряде.

Уже два года Наталья Семенюк преподает на кафедре физики плазмы ТГУ, которая базируется в ИСЭ СО РАН. Ее очень беспокоит то, что последние годы всё меньше школьников сдают физику и выбирают специальности этого профиля. По ее мнению, нужно активно знакомить детей с достижениями науки, показывать, где может работать физик.

Галина Васильева

Чем интересен кедровый стланик?

У старшего научного сотрудника Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН кандидата биологических наук Галины Валериевны Васильевой, без преувеличения, очень красивая тема исследований. Кого оставят равнодушными живописные сибирские кедры, а тем более их декоративные сорта, мечта любого ландшафтного дизайнера? Галина Валериевна вот уже более 17 лет изучает структуру разнообразия внутри группы пятихвойных сосен, их генетическую изменчивость, естественную и искусственную гибридизацию. На ближайшие два года главным объектом проводимых исследований станет кедровый стланик.

Сравним виды деревьев с очень большой семьей: одних только сосен науке известно более 100 видов, из них в секции пятихвойных сосен — более 20 видов, включая кедр сибирский и кедровый стланик. Красота кедра широко известна: высокое могучее дерево, которое стремится ввысь. Стланик же в семье сосен точно не такой, как все: он растет вширь, но внешне такое дерево выглядит очень эффектно. Ареалы распространения этих двух видов деревьев почти полностью находятся в России и частично пересекаются в Восточной Сибири: Прибайкалье, Забайкалье, юг Якутии.

Представим себе, что дерево надумало вступить в брак — совсем не обязательно, что избранник будет принадлежать к тому же виду. Это возможно сделать и с деревьями, относящимися к другим видам пятихвойных сосен. Главное, чтобы совпало несколько условий: совместное произрастание, схожие сроки развития мужских и женских шишек и хотя бы частичная генетическая совместимость, остальное сделает ветер, переносчик пыльцы. Именно так происходит с сибирским кедром и стлаником. В результате появляются многочисленные гибриды, вызывающие большой интерес у исследователей. «Тем и интересен стланик, что он может образовывать различные гибриды, которые могут быть очень востребованы при селекции декоративных сортов», — отмечает Галина Васильева.

Весь календарный год в работе ученых можно условно поделить на два сезона: полевой и кабинетный. В течение холодных месяцев исследуются отобранные ранее образцы, пишутся научные статьи, готовятся заявки на гранты. Полевой сезон — это самая горячая пора: специалистов ждут экспедиции и работа с экспериментальными объектами на научном стационаре «Кедр» в поселке Курлек.

Как правило, экспедиции проводятся в труднодоступные места, но тем ценнее полученный материал — это позволяет изучить семенную продуктивность и некоторые особенности роста естественных гибридов кедра сибирского и кедрового стланика. Иногда природа делает ученым настоящие подарки: например, вблизи якутского города Алдана исследователи обнаружили очень красивые деревья, внешне точь-в-точь как сибирский кедр.

«Их молекулярно-генетический анализ, проведенный совместно с Институтом химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН на базе ЦКП “Геномика” показал, что они имеют митохондриальную ДНК кедрового стланика, а значит, представляют собой продукт гибридизации нескольких поколений», — поясняет Галина Васильева.

Особую роль в многолетних исследованиях играет стационар «Кедр»: даже если в какой-то год ученые не выезжают в экспедицию, то исследования не ставятся на паузу. В настоящее время стационар остается базой для фундаментальных и прикладных работ в области экологии, морфологии, физиологии, генетики, селекции и плантационного выращивания лесных древесных растений Сибири, в первую очередь кедровых сосен, а также полигоном для внедрения научных разработок в производство.

На базе стационара накоплена богатейшая коллекция видов и гибридов, которая позволяет в динамике наблюдать их развитие. Также специалисты института начали проводить огромную работу по селекции стланика. Например, выявлены перспективные формы кедрового стланика с голубой хвоей, что делает их еще более востребованными в ландшафтном дизайне.

Сейчас Галина Васильева выполняет двухгодичный проект РНФ № 23-26-00077 «Разнообразие кедрового стланика (Pinus pumila) и его гибридов с родственными видами как основа для селекции декоративных сортов».

«Это позволит сфокусироваться на исследовании еще недостаточно изученного кедрового стланика, который является очень интересным объектом, потому что имеет большой ареал, высокое природное разнообразие и может довольно легко скрещиваться с родственными видами, образуя различные варианты гибридов», — комментирует Галина Васильева.

Перед специалистами стоят задачи изучить эколого-географическую дифференциацию стланика, сравнить его экотипы и найти перспективные экземпляры для селекции сортов. На лето 2023 года запланирована новая экспедиция в Прибайкалье, а на базе научного стационара «Кедр» продолжатся исследования семенного потомства гибридов, будет выявлено, пыльцой какого из родительских видов произошло опыление и как это повлияло на рост и развитие гибридных особей.

Анна Зыкова

Передать традиции и опыт

Очень ответственно, трудно и одновременно интересно стоять у истоков нового молодежного научного коллектива, ведь его руководителю не только предстоит вести исследования по одному из востребованных направлений, но и воспитать команду молодых ученых, привить им традиции, сложившиеся в научной организации. Кандидат физико-математических наук Анна Петровна Зыкова с 2021 года возглавляет молодежную лабораторию структурного дизайна перспективных материалов Института физики прочности и материаловедения СО РАН, в которой работают 16 аспирантов.

Поступив сразу на несколько факультетов Томского политехнического университета, выбрала в итоге факультет естественных наук и математики. «Наверное, повлиял красочный рекламный буклет, в котором я увидела такое слово, как “нанопорошки”. Тогда был настоящий бум всего, что связано с “нано”. Поэтому мне очень захотелось приобщиться к передовым технологиям», — говорит Анна.

Темой первых научных исследований, как она и мечтала при поступлении в вуз, стало получение нанопорошков и изучение их свойств. В годы обучения в ТПУ формируется активная жизненная позиция — стараться максимально использовать все возможности для развития и роста: Анна стажировалась в Страсбурге и Бурже. В ходе трехмесячной стажировки в Бурж она изучала свойства нанопорошков алюминия.

Курс на передовые направления современного материаловедения сохранится и в дальнейшем: исследовательница на протяжении всей своей научной карьеры будет заниматься целым рядом актуальных тем, таких как модифицирование литых металлов за счет введения ультра- и нанодисперсных порошков; разработка металломатричных композитов с упрочненной поверхностью за счет введения различных порошков методами фрикционной перемешивающей обработки и 3D-печати; 3D-печать композиционных материалов с заданными свойствами.

Следующий профессиональный этап связан с Томским государственным университетом, который завершился успешной защитой кандидатской диссертации, посвященной проблеме модификации чугунов и других металлов и сплавов ультрадисперсными оксидами титана и циркония. Ценный профессиональный опыт Анна Петровна получила в период работы в своей alma mater. В Томском политехническом на междисциплинарной кафедре она преподавала физику иностранным студентам, а затем совместно с коллегами, в том числе преподавателями русского языка как иностранного, выпустила учебное пособие по физике в двух частях для студентов, которым еще только предстоит освоить наш язык.

С 2019 года она работает в ИФПМ СО РАН. За это время Анна Зыкова была исполнителем двух проектов по созданию высокотехнологичных производств, нескольких грантов РНФ, опубликовала целый ряд статей в высокорейтинговых журналах. В 2021 году в рамках нацпроекта «Наука и университеты» институт выиграл конкурс на создание молодежной лаборатории структурного дизайна перспективных материалов, Анна Петровна стала ее заведующей и руководителем темы государственного задания «Физические основы структурного дизайна перспективных полиметаллических материалов нового поколения с управляемыми физико-механическими и эксплуатационными характеристиками, полученных методами высокопроизводительных аддитивных технологий».

«Главная задача нашего научного коллектива — разработка, получение новых материалов методами электронно-лучевого и электродугового аддитивных производств и изучение их свойств, которые нельзя получить литьем и другими традиционными способами, — поясняет Анна Зыкова. — Например, нельзя отлить вместе бронзу и сталь (так как одно плавится быстрее другого), однако с помощью 3D-печати получается совершенно уникальный композиционный материал. Такие материалы, имеющие специальный дизайн структуры (то есть заранее заданную структуру), очень востребованы в машиностроении, авиационной и ракетно-космической отраслях. С помощью современных методов значительно сокращается время их получения: то, что раньше занимало месяцы, сейчас реально изготовить за две недели».

В ближайшие годы из молодежного научного коллектива выйдет команда кандидатов наук, которые сейчас упорно работают над своими диссертациями, и каждый молодой исследователь решает какую-то очень значимую задачу. Например, как эффективно, без ущерба для прочности изделия устранить столбчатые зерна, которые образуются при печати из титановых сплавов; как и какие металлы и сплавы добавить в бронзу для изготовления деталей, работающих в узлах трения судов, морских платформ и так далее, чтобы повысить их износостойкость и предотвратить процессы коррозии от контакта изделия с морской водой.

«Руководить молодежным научным коллективом непросто, ведь необходимо превратить его в слаженную команду единомышленников, привить ценности, передать традиции и опыт, накопленный в институте, — отмечает А. Зыкова. — Важно с самых первых дней задать высокий темп работы, показать, что современный ученый должен иметь активную позицию: участвовать в грантах и проектах, постоянно расширять свой научный кругозор, разбираться в современных научных тенденциях, учиться работать на научном оборудовании. Всегда быть в тонусе, быть заинтересованным. Люди науки — люди творческие, ведь перед ними всегда стоит вопрос: как придумать новое?».