Кристаллы – лучшие друзья ученых: один день из жизни лаборанта в ИПФ РАН

Мы часто узнаем из СМИ об инновационных открытиях ученых со всего мира. Сверхпрочные химические соединения, планеты, пригодные для жизни, препараты от неизлечимых болезней. Но задумываемся ли мы, сколько времени, сил приходится тратить ученым, сколько терпения необходимо приложить, чтобы добиться реальных результатов?

Ко Дню российской науки, который отмечается 8 февраля, редакция сайта «Нижегородская правда» решила узнать, как живут современные нижегородские ученые и побывали в лаборатории роста кристаллов в Институте прикладной физики Российской академии наук (ИПФ РАН).

Попасть в институт можно только по пропускам. Пересекаем проходную, идем по длинным извилистым коридорам. В кабинетах приоткрыты двери – везде люди в белых халатах с колбами и измерительными приборами. Впереди конечная остановка — лаборатория роста кристаллов.

Нам выдают белые халаты и бахилы. В просторном кабинете подозрительно мало людей. Лаборант Артём Наумов, встречающий нас, говорит, что с утра все работники лаборатории проводят планерку, обсуждают, что предстоит сделать за день и каких результатов они хотят добиться.

Лаборатория роста кристаллов существует с восьмидесятых годов прошлого века. Работники лаборатории выращивают производственные кристаллы для государственных и частных предприятий.

-Чаще всего мы выращиваем кристаллы для Института лазерно-физических исследований (ИЛФИ) в Сарове, там их используют для строительства больших лазеров, — рассказывает Артем. — Кристаллы могут выступать в качестве преобразователей частот (когда на кристалл направляется лазерный пучок с одной длинной волны, а из оптического элемента свет выходит с другой), а также используют в качестве «затвора», через который не проникает луч лазера.

Оптические элементы, изготовленные в отделе, по словам лаборанта, будут стоять в самом мощном лазере в России, который строят в Российском федеральном ядерном центре ВНИИЭФ.

Пока Артем увлеченно рассказывает про кристаллы, со второго этажа лаборатории спускаются люди. Планерка закончилась, и мы вместе с сотрудниками идем в «чистое помещение». Пускают туда только в спецодежде.

В «чистом помещении» ты будто на космическом корабле: все хромированное, вокруг огромные сосуды с жидкостями метра два высотой. Повсюду трубы, колбы и непонятные приборы. И звук еще такой, словно мы готовимся к взлету.

Нас подводят к необычным сосудам.

- Это кристаллизаторы, — поясняют нам. — Именно в них мы выращиваем кристаллы, которые потом обрабатываются и отправляются заказчикам.

Дальше мы с лаборантом Артемом идем на «обход» — проверяем кристаллизаторы на исправность и снимаем показатели.

Кристаллизатор представляет собой большой сосуд объемом от 10 до 700 литров. В него помещают форму, где будет расти сам кристалл из так называемой «затравки» — сориентированного маленького кристалла. Все это заливают специальным раствором, из которого кристалл возьмет все необходимые элементы для своего роста. Внутри сосуда вращается необычный маятник — большая трубка в виде перевернутой буквы Y. В центральной трубе расположен мини-вентилятор.

- Это питатель. Он необходим для создания благоприятных гидродинамических условий в кристаллизаторе. Вентилятор через трубки подает потоки «строительного вещества», омывающие кристалл или, как мы его называем, «булю», — поясняет Артем.

Оказалось, что на физические свойства кристаллов влияют много разных факторов: температура раствора, химический состав, скорость вращения помпы питателя, влажность воздуха в лаборатории.

Таких кристаллизаторов в лаборатории стоит около десяти штук, они напоминают инкубаторы для инопланетных существ, как в фантастических фильмах.

После «обхода» каждый из сотрудников переходит к своим непосредственным обязанностям: одни заготавливают растворы, другие занимаются очисткой техники, настраивают приборы, а остальные изучают научную литературу. В лаборатории роста кристаллов работают специалисты самых разных направлений: химики, инженеры, электрики и сами кристаллографы.

Дальше экскурсию по лаборатории нам проводит «ростовик», так его называют коллеги. Владимир Грибко — специалист, ответственный за процесс роста кристаллов.

Владимир работает в лаборатории уже несколько лет. Он пришел в Институт Прикладной Физики сразу после окончания физического факультета в ННГУ им. Лобачевского. Сейчас он учится в аспирантуре и готовится защищать кандидатскую диссертацию.

- Физикой я заинтересовался в последних классах школы. Перед выпуском решил съездить на День открытых дверей на Физфак ННГУ и вдохновился их разработками и атмосферой. Поэтому сразу после окончания школы решил поступить именно туда, — поделился Владимир.

С кристаллографией «ростовик» познакомился в начале третьего года обучения в университете.

- Было сложно, интересно, очень много нового. Я понял, что писать диплом буду по рентгеновской оптике, которая напрямую связана с изучением свойств кристаллов. Когда я уже был на последнем курсе магистратуры, узнал, что в ИПФ РАН работает моя однокурсница. Именно она и рассказала мне о лаборатории роста кристаллов. Так я работаю здесь уже несколько лет, поступил в аспирантуру на Физфак ННГУ, в скором времени буду защищать кандидатскую, ведь в науке важны твои регалии, — добавил Владимир.

В обязанности «ростовика» входит контроль над технологическим процессом: проверка температуры раствора, технического состояния кристаллизатора, динамики роста кристаллов и многого другого. За этим необходимо следить очень тщательно.

- Малейшее отклонение может повлечь неправильный рост кристалла, а значит — огромная работа в несколько месяцев пойдет насмарку. В этом случае важно всё: от способа извлечения «були» до того, как сильно закручены гайки на кристаллизаторе, — рассказывает Владимир.

Производство кристаллов – процесс сложный и до конца не изученный. Долгие годы лаборатория роста кристаллов исследовала этот процесс, и только несколько лет назад ученые поставили производство крупногабаритных кристаллов на поток. Теперь за год здесь выращивают 6 – 7 «буль». В идеальных условиях каждый кристалл обычно растет в течение 6 – 7 месяцев.

После того как кристалл вырос до нужных размеров, его достают и отправляют на механическую обработку в другую лабораторию. Там «буле» придают размеры, необходимые заказчику: разделяют на несколько частей, которые становятся заготовками оптических элементов. После их полируют для лучшей оптической проницаемости.

Параллельно проводится контроль качества кристалла на физические свойства. Затем их закаляют и покрывают специальным раствором. Только на этом этапе оптический элемент можно считать готовым. Остается провести финальную проверку и составить паспорт изделия. После чего их уже можно отправлять заказчику.

Кроме выращивания кристаллов в лаборатории занимаются и научной деятельностью: изучают, как повысить их качество и оптимизировать процесс производства.

- Последним нашим экспериментом было изучение влияния винной кислоты в растворе на свойства кристалла. Пока мы не обнаружили какой-то прямой связи, но исследования продолжаем. Иногда мы сами выдвигаем какие-то гипотезы и проверяем их: замешиваем другие растворы, меняем условия роста. Часто такие «открытия» из научных статей не приводят ни к чему, но мы не отчаиваемся и ищем новые способы улучшить наши кристаллы, — рассказывает лаборант Артем.

Технология, по которой выращивают кристаллы в ИПФ РАН, уникальна, такой системой не пользуются ни в одной стране мира. Подобными разработками занимаются в Америке и Китае, но производство в их лабораториях построено иначе.

За разговорами прошло два часа. Все это время сотрудники лаборатории пробегали мимо нас с колбами, приборами и папками с бумагами.

- Работа у нас не останавливается ни на час, — говорит Владимир. — У нас есть система отслеживания всех показателей. Если произошел какой-то сбой, нам сразу приходит оповещение на телефон. Тогда кто-то из нас обязательно едет на работу — проверять технику. Работаем мы и в выходные, у нас всегда есть дежурный, который должен следить за всеми процессами в лаборатории.

…После того, как «ростовик» проводит последний «обход» в конце рабочего дня, все могут отправляться домой. Завтра они снова вернутся в лабораторию и продолжат проверять, исследовать, экспериментировать, чтобы подняться еще на одну ступень выше к достижениям, к разработкам, которые смогут в будущем изменить нашу жизнь.