Ускорительная масс-спектрометрия (УМС) – сверхчувствительный метод изотопного анализа, при котором производится тщательная селекция атомов вещества с подсчётом интересующих нас изотопов. Метод позволяет с высокой точностью датировать археологические находки и геологические породы, изучать состав атмосферы и ткани живых организмов разных исторических периодов. В новосибирском Академгородке действует ускорительный масс-спектрометр, разработанный и изготовленный специалистами Института ядерной физики им. Г. И. Будкера (ИЯФ СО РАН). На этой установке проводится широкий спектр междисциплинарных исследований. В этом году сотрудники ИЯФ СО РАН разработали новый детектор, который позволит существенно расширить круг задач для УМС - датировать объекты, возраст которых составляет несколько миллионов лет. Других установок, позволяющих проводить подобные исследования, в России пока нет. 
 
В новосибирском Академгородке вокруг метода УМС сложилась кооперация нескольких организаций: Института археологии и этнографии СО РАН, Новосибирского государственного университета, Института катализа СО РАН, ИЯФ СО РАН и др. Метод ускорительной масс-спектрометрии заключается в прямом подсчёте количества атомов радиоуглерода в исследуемом образце, поэтому он чувствительнее любых других методов в тысячи раз. При первичной селекции выделяется пучок отрицательных ионов с близкими к радиоуглероду массами, после чего пучок ускоряется напряжением миллион вольт. Далее его пропускают через мишень, в которой ионы перезаряжаются в положительные и вовлекаются в следующий этап ускорения. При этом молекулы разбиваются на части, что позволяет избавиться от них на последующих этапах селекции. Выходящие из ускорителя ионы 14C подсчитываются поштучно. 

 
«Наш УМС имеет широкие возможности, но, если использовать его для регистрации тяжёлых ионов, возникают проблемы, частицы становятся трудноразличимы по их ионизационной способности. Сейчас мы планируем установить новый детектор и перейти от работ с углеродом 14 к другим изотопам. Это позволит существенно расширить спектр возможностей нашей установки, – рассказывает главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН, академик РАН Василий Пархомчук. – Если сейчас нам доступна датировка образцов возрастом до пятидесяти тысяч лет, то с новым детектором мы сможем заглядывать в прошлое на миллионы лет. Появится возможность привлечь исследователей из разных областей науки, особенно актуальной новая возможность будет для геологов». 

 
Новый детектор находится на финальной стадии разработки и помимо геологии сможет использоваться для анализа образцов из области археологии, медицины и космологии. 

 
«По своей сути детектор является камерой, заполненной газом. Она имеет форму цилиндра диаметром 15 см и длиной 25 см, – описывает детектор младший научный сотрудник ИЯФ СО РАН Тамара Шакирова, – на набор статистики для одного образца будет тратиться несколько десятков минут времени. В будущем планируется разработка системы сбора данных и написание специализированного ПО для оператора установки». 
 
Возможными пользователями нового детектора могут стать специалисты Института земной коры СО РАН, Института археологии и этнографии СО РАН, Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН и пр. 
 
«Разработка детектора ведётся с 2010 года, его особенностью будет возможность работы с изотопами бериллия, бора, алюминия, йода, кремния и так далее, – поясняет старший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук Андрей Соколов. – Мы ожидаем, что одними из первых пользователей нового детектора станут учёные из Института земной коры СО РАН, поскольку изучение осадочных пород вокруг озера Байкал представляет большой интерес для понимая некоторых геологических процессов, характерных для этого места, а также эволюции формирования пород. Сейчас специалисты Института земной коры вынуждены исследовать свои образцы на зарубежных установках. Большим преимуществом нового детектора является датировка объектов по концентрации бериллия, так как его период полураспада составляет 1,09 миллиона лет». 
 
Руководитель лаборатории изотопных исследований ИАЭТ СО РАН, кандидат химических наук Екатерина Пархомчук также отмечает ценность исследований с расширенным набором изотопов:  

 
«Бериллий-10 и алюминий-26 интересные изотопы и, конечно, все развитые страны имеют ускорители, предназначенные для их регистрации, а в России пока нет ни одного. Между тем, ускоритель позволяет решать многие актуальные задачи. Но бериллий – чрезвычайно токсичное и канцерогенное вещество. Поэтому для работы с ним необходимо соблюсти все стандарты и создать особые условия, что скажется на стоимости работ. В Швейцарии, например, пробоподготовка для анализа бериллия-10 стоит около 1000 евро за один образец. Нужно понимать, в каком объёме пользователи смогут обеспечить задачами новые опции ускорителя. На мой взгляд, уважающая себя страна должна иметь набор ускорителей, который позволяет делать анализ всех возможных изотопов, поскольку среди исследователей всего мира это востребованный инструмент». ​
 
Например, как отметила Екатерина Пархомчук, швейцарская компания, специализирующаяся на производстве УМС, уже 10 лет поставляет свои установки во многие страны – в прошлом году было изготовлено четыре установки на радиоуглерод и две, позволяющие работать с бериллием и алюминием: 
 
«Естественно, новосибирский ИЯФ способен делать так же и лучше». ​
 
Ещё один изотоп, на основе которого станет доступен анализ после ввода в эксплуатацию нового детектора, йод-131, можно использовать как индикатор аварий на атомных станциях или проведения ядерных испытаний, потому что других источников этого изотопа на земле нет. Таким образом, например, Китай контролируют ядерные испытания, а Япония проводит мониторинг работы атомных станций. 
 
«Если на станции происходит утечка тяжелых радионуклидов, или запускается, например, неконтролируемая ядерная реакция, образующийся йод начнет поступать в окружающую среду. Он хорошо растворим в воде, и все живое начинает активно его поглощать. Поэтому его можно фиксировать по образцам воды, грунта, ракушек, моллюсков, кораллов. При этом важно вовремя собрать и проанализировать образцы, если процесс затянется на месяц, то проводить анализ будет уже бессмысленно», – добавила Екатерина Пархомчук. 
 
На данный момент учёные занимаются имитацией реальных условий эксперимента при помощи альфа частиц. По словам разработчиков, эксперименты с альфа частицами дали положительный результат, и сейчас основные усилия направлены на подбор сверхтонких окон, для ввода ионов в детектор и разработку оборудования, позволяющего избежать потенциальных аварий с нарушением высокого вакуума, необходимого для работы ускорителя. 
 
Видео по теме: https://www.youtube.com/watch?v=vuXQMs2waTg 
 
На фото: Детектор в разрезе. Иллюстрация - Александр Маруков

Источники

"Машина времени": модернизированная установка позволит заглянуть в прошлое на миллионы лет
Институт ядерной физики имени Г.И.Будкера СО РАН (inp.nsk.su), 22/04/2021
Модернизированная установка позволит заглянуть в прошлое на миллионы лет
Наука в Сибири (sbras.info), 22/04/2021
"Машина времени": модернизированная установка позволит заглянуть в прошлое на миллионы лет
Российское атомное сообщество (atomic-energy.ru), 22/04/2021
В Институте ядерной физики СО РАН работают над созданием "машины времени"
ЧС Инфо (4s-info.ru), 22/04/2021
Физики СО РАН создали "машину времени" для археологов
Sibnet.ru, 22/04/2021
В Институте ядерной физики СО РАН работают над созданием "машины времени"
Яндекс.Новости (yandex.ru/news), 22/04/2021
Сибирские ученые заглянут в прошлое на миллионы лет. Им поможет установка, аналогов которой в России нет
Тайга.инфо (tayga.info), 22/04/2021
Российские физики создали "машину времени" для археологов
Gadgetpark.ru, 22/04/2021
Российские физики работают над прибором, позволяющем заглянуть в прошлое
Ufacitynews.ru, 22/04/2021
Interfax: В Институте ядерной физики СО РАН работают над созданием первой в РФ машины времени
Ufanotes.ru, 22/04/2021
Российские ученые создают первую в стране "машину времени"
РИА ФедералПресс, 22/04/2021
Российские физики создали "машину времени" для археологов
Newsfactory.su, 22/04/2021
"Машина времени": модернизированная установка позволит заглянуть в прошлое на миллионы лет
Научная Россия (scientificrussia.ru), 22/04/2021
"Машина времени": модернизированная установка позволит заглянуть в прошлое на миллионы лет
Devsday.ru, 22/04/2021
Новосибирские ученые создают первую в России "машину времени"
Народные новости (nation-news.ru), 22/04/2021
Новосибирские ученые заканчивают создание "машины времени"
РИА ФАН (riafan.ru), 22/04/2021
"Машина времени": модернизированная установка позволит заглянуть в прошлое на миллионы лет
Поиск (poisknews.ru), 22/04/2021
Российские физики создали "машину времени" для археологов
Hi-Tech Mail.ru, 22/04/2021
В РФ в Институте ядерной физики СО РАН создают "машину времени"
Kursk.com, 22/04/2021
Ученые-физики из Новосибирска работают над созданием "машины времени"
Центральная Служба Новостей (csn-tv.ru), 22/04/2021
"Машина времени": модернизированная установка позволит заглянуть в прошлое на миллионы лет
AK&M, 22/04/2021
Современная "Машина времени" позволит заглянуть в прошлое благодаря ученым СО РАН
Fbm (fbm.ru), 22/04/2021
В Новосибирском Институте ядерной физики СО РАН разрабатывают "машину времени"
ToDay News Ufa (tdnu.ru), 22/04/2021
Российские физики разработали уникальную "машину времени"
Inforeactor.ru, 22/04/2021
"Машина времени": модернизированная установка позволит заглянуть в прошлое на миллионы лет
Интернет-портал СНГ (e-cis.info), 23/04/2021
"Машина времени"
Академгородок (academcity.org), 23/04/2021
Сибирские ученые заглянут в прошлое на миллионы лет. Им поможет установка, аналогов которой в России нет
Любимый город (lyubimiigorod.ru), 23/04/2021
Interfax: В Институте ядерной физики СО РАН работают над созданием машины времени
Чехия сегодня (czechtoday.eu), 23/04/2021
Новосибирские физики СО РАН создали "машину времени" для археологов и геологов
Актуальные новости (actualnews.org), 23/04/2021
Установка ИЯФ СО РАН позволит заглянуть в прошлое на миллионы лет
Навигатор (navigato.ru), 23/04/2021
Российские физики создали "машину времени" для археологов
Земля. Хроники жизни (earth-chronicles.ru), 23/04/2021
Детектор ИЯФ СО РАН сможет датировать объекты возрастом более миллиона лет
Первый Севастопольский (sev.tv), 23/04/2021
Российские физики научились датировать объекты возрастом более миллиона лет
ИА Regnum, 25/04/2021
Институт ядерной физики создаст первую в России "машину времени"
Правда.ру (pravda.ru), 23/04/2021
Ученые Новосибирска изобрели "машину времени"
Московский Комсомолец # Новосибирск (novos.mk.ru), 23/04/2021
Новосибирские физики изобрели "машину времени"
Ndn.info, 23/04/2021
Новосибирские физики изобрели "машину времени"
Inregiontoday.ru, 23/04/2021
Новосибирские физики работают над созданием "машины времени"
Сиб.фм (sib.fm), 24/04/2021
Новосибирские ученые заканчивают создание "машины времени"
Reendex News (reendex.ru), 23/04/2021
Новосибирские ученые-физики смогут заглянуть в прошлое на миллионы лет
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 23/04/2021
"Машина времени": модернизированная установка позволит заглянуть в прошлое на миллионы лет
Сибирское отделение Российской академии наук (sbras.ru), 23/04/2021
Что было миллионы лет назад
Навигатор (navigato.ru), 07/05/2021
Детектор для УМС - Новости машиностроения
Infomach (infomach.ru), 10/05/2021

Похожие новости

  • 29/01/2020

    Интервью: что в Новосибирске сделают в рамках проекта СКИФ в 2020 году

    ​Об итогах 2019 года и основных задачах реализации проекта синхротрона СКИФ в 2020 году рассказал РБК Новосибирск заместитель руководителя проектного офиса ЦКП «СКИФ» ИК СО РАН Яков Ракшун. Что удалось добиться в работе над проектом синхротрона СКИФ в 2019 году? — Была проделана большая работа, которая закончилась выходом в конце 2019 года постановления правительства России о федеральной адресной инвестиционной программе, в которой определен предельный объем бюджетного финансирования проекта — 37,1 миллиарда рублей и сроки исполнения работ.
    1021
  • 16/04/2021

    Разработки самого высокого полета

     Каждый восьмой грант, получаемый учеными региона, посвящен аэрокосмическим исследованиям. Новосибирские ученые вносят большой вклад в освоение космоса: тренажер для стыковки космических аппаратов, технология для изготовления солнечных батарей на орбите и на Луне, катализаторы орто-пара-конверсии водорода, аэродинамические исследования перспективного российского многоразового космического корабля «Орел» — вот далеко не полный перечень разработок, рожденных в Сибири.
    906
  • 03/02/2021

    Программа мероприятий, посвященных Дню российской науки

    ​Ежегодно 8 февраля российское научное сообщество отмечает свой профессиональный праздник — День российской науки. ​ По традиции к этой дате в институтах и вузах, находящихся под научно-методическим руководством Сибирского отделения РАН, приурочены научно-популярные мероприятия: дни открытых дверей, экскурсии, лекции и так далее.
    2495
  • 12/03/2021

    Премьер пообещал поддержку новосибирским проектам

    Подчеркнув, что «образование – опора, на которую можно поставить все, что вы хотите», свой визит в Новосибирский Академгородок глава Правительства РФ Михаил Мишустин начал с посещения Специализированного учебно-научного центра (говоря по старинке, физматшколы) Новосибирского государственного университета (СУНЦ НГУ).
    295
  • 16/02/2021

    День российской науки — 2021

    Традиционно в честь Дня российской науки сибирские институты проводят просветительские мероприятия для студентов, школьников и всех, кто желает узнать чуть больше о большой науке. ​«Этот год был объявлен годом науки и технологий.
    7138
  • 26/04/2021

    Иркутская TAIGA проверит физику на прочность

    ​На астрофизическом полигоне Иркутского государственного университета завершено создание пилотного комплекса гамма-обсерватории TAIGA. Эта уникальная установка — один из крупнейших и наиболее чувствительных инструментов в мире для решения задач в области астрофизики высоких энергий — возможно, станет началом Новой физики, находящейся за пределами Стандартной модели​.
    602
  • 25/06/2018

    Павел Логачев: источник синхротронного излучения будет центром, который объединит разные научные направления

    ​В проекте Сибирского кольцевого источника фотонов (СКИФ) уже сейчас задействовано много институтов, а в будущем установка станет крупным центром общего пользования. Представители нескольких научных направлений рассказали, почему источник синхротронного излучения (СИ) важен для Академгородка и его ученых.
    1838
  • 24/06/2019

    Новая лаборатория ИК СО РАН примет участие в подготовке кадров для синхротрона

    ​Лаборатория перспективных синхротронных методов исследования, созданная в конце 2018 года в Институте катализа Сибирского отделения РАН, займется разработкой стратегии использования синхротрона и подготовкой кадров для Центра коллективного пользования "Сибирский кольцевой источник фотонов" (ЦКП "СКИФ"), входящего в нацпроект "Наука", сообщил ТАСС директор Института катализа СО РАН Валерий Бухтияров.
    1441
  • 10/03/2021

    Премьер-министр РФ Михаил Мишустин расставил приоритеты для второго и третьего этапов программы «Академгородок 2.0»

    5 марта новосибирский Академгородок посетил премьер-министр России Михаил Владимирович Мишустин. Председатель СО РАН академик Валентин Николаевич Пармон поделился главными для Сибирского отделения итогами визита.
    822
  • 17/03/2021

    «НЗПП с ОКБ»: «Главное сейчас — найти свою нишу»

    Новосибирский завод полупроводниковых приборов с особым конструкторским бюро готовится увеличить выпуск полупроводников с 30% от общего объема продукции до 50%. О новых разработках, техническом перевооружении завода, взаимодействии с вузами и научным сектором, а также нюансах выхода на рынок массовой продукции «Континенту Сибирь» рассказали генеральный директор АО «НЗПП с ОКБ» Владимир  Исюк и профильные эксперты предприятия.
    1442