«Вечный» реактор и деревья-фонари. Названы российские технологии будущего
В Москве объявлены имена лауреатов Национальной премии в области будущих технологий «ВЫЗОВ». Ими стали пятеро учёных из России и один из США, также имеющий российское происхождение (родился и учился в Нижнем Новгороде).
На пресс-конференции, посвящённой объявлению лауреатов, председатель научного комитета премии Артём Оганов показывал химические опыты, которые демонстрировали суть их научных работ, а модератор Руслан Юнусов заметил, что один из награждённых воплотил в жизнь фантастическую идею из фильма Джеймса Кэмерона «Аватар».
«Перспектива»
В этой номинации лауреатом стала заведующая лабораторией химии промышленно полезных продуктов Института органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН Вера Виль. Премию ей дали «за разработку методов образования новых химических связей с участием электрического тока и органических пероксидов».
Исследовательница разрабатывает «зелёные», экономичные методы для сборки молекул с помощью электрического тока и пероксидов — сложных химических соединений, где атомы кислорода соединены друг с другом. Дело в том, что зачастую химические реакции оставляют после себя много ненужных, а иногда и вредных отходов. Вера Виль разработала реакции, где ключевым «инструментом» выступает электрический ток. Это позволяет проводить преобразования очень точно, с минимальным количеством побочных продуктов.
Её методы уже применяются в промышленности для создания новых изоляционных материалов для кабелей (через «сшивание» молекул полиэтилена), а также средств защиты растений.
«Инженерное решение»
В этой номинации отмечены заместитель генерального директора Высокотехнологического научно-исследовательского института неорганических материалов имени академика А. А. Бочвара Михаил Скупов и главный эксперт того же института Алексей Глушенков (он стал солауреатом). Учёные получили награду «за создание технологии промышленного производства нитридного ядерного топлива», и значимость этой научной работы трудно переоценить. Она открывает перспективы безотходной атомной энергетики и ставит нашу страну перед возможностью создания «вечного» ядерного реактора.
Дело в том, что уран имеет два изотопа, но в качестве топлива годится только один — уран-235. А его содержание в природном уране очень мало — 0,7%. Поэтому, применяя природный в реакторах, мы используем его менее чем на 1%, остальное идёт в отход. Но если загружать отработавшее ядерное топливо (плутоний) в реактор на быстрых нейтронах, он также отработает и отдаст нам энергию, а из его остатков можно будет сделать новое топливо, которое вновь загрузят в реактор — и так не один раз!
По сути, это шаг к созданию «вечного двигателя» атомной энергетики. И первыми эту технологию довели до конца именно российские физики-ядерщики (ещё пытались французы и американцы). В конце концов, мы придём к тому, что за счёт этой технологии сырьевая база нашей атомной энергетики увеличится в сотню раз. И нашим потомкам не надо будет ломать голову над тем, где взять дешёвую энергию.
Нынешние лауреаты Михаил Скупов и Алексей Глушенков смогли создать первую в мире промышленную технологию производства нового поколения топлива для атомных реакторов на основе нитридов урана и плутония. Оно как раз и предназначено для реакторов замкнутого цикла.
«Это стратегический прорыв, меняющий парадигму всей ядерной энергетики. Они создали не просто новый вид топлива, а материальную основу для перехода к атомной энергетике замкнутого цикла, способной обеспечить растущие потребности человечества в чистой энергии на тысячелетия вперед, не оставляя после себя проблему "вечных" отходов», — сказано в заявлении комитета премии.
«Учёный года»
Научные работы, отмеченные в этой номинации, теснейшим образом связаны с той же технологией безотходного ядерного цикла. Академик РАН, заведующий кафедрой радиохимии химического факультета МГУ Степан Калмыков получил награду «за фундаментальные и прикладные исследования в области радиохимии и радиохимических технологий».
Он разработал методы извлечения из смеси отработавшего ядерного топлива и прочих радиоактивных отходов долгоживущие радионуклиды. Это позволяет «дожигать» их в реакторах, что сокращает сроки безопасного хранения отходов с миллионов лет до сотен.
Кроме того, Степан Калмыков предложил технологии производства медицинских радиоизотопов радия-223 и актиния-225 для лечения онкологических заболеваний. Сегодня они считаются одними из самых перспективных средств для точечной терапии рака.
«Прорыв»
Помните необыкновенную флору планеты Пандора из фильма «Аватар»? Практически вся её растительность в ночное время светилась неоновыми цветами — синим, фиолетовым, пурпурным, зелёным. Этот фантастический мир пышных джунглей стал одним из главных впечатлений от голливудского блокбастера.
В земной природе биолюминесцентных (способных светиться) растений не существует. Таким свойством обладают только некоторые бактерии, светлячки, черви, ракообразные, медузы и грибы. Вот на грибы-то и обратила внимание команда Ильи Ямпольского, доктора химических наук из Института биоорганической химии РАН.
Учёные открыли новые светящиеся вещества (люциферины), полностью расшифровав биохимический путь свечения у грибов, а затем — впервые в мире — методами генной инженерии перенесли этот путь, все необходимые гены, в растения. В итоге были созданы первые в истории светящиеся растения. Правда, они не были яркими. Ямпольскому и его коллегам пришлось увеличить их яркость в сотни раз. В 2024 году создание светящихся растений было названо журналом Time одним из главных изобретений года.
«Сейчас Илья Ямпольский работает над тем, чтобы заставить светиться деревья, — рассказал Артём Оганов. — Есть потенциал увеличить светимость примерно ещё на порядок. Во-первых, это будет красиво. Во-вторых, если удастся увеличить светимость в 10 раз, такие растения можно будет использовать как замену уличного освещения. Представьте, вы идёте по парку, а там вместо фонарей деревья светятся!»
«Открытие»
Это международная номинация, и лауреатом в ней стал профессор Университета Южной Калифорнии Валерий Фокин. Он удостоен премии «за изобретение реакции, определившей клик-химию и преобразившей молекулярные науки и химию живых систем».
Что такое клик-химия? Это концепция создания молекул как конструктора «Лего»: с помощью простых, надёжных и высокоэффективных реакций можно быстро «склеивать» между собой различные молекулярные «кирпичики». Слово click («щелчок») — это звукоподражание тому моменту, когда какая-то деталь встаёт на своё место и защёлкивается.
В 2022 году за развитие клик-химии была вручена Нобелевская премия учёным из США и Дании — Барри Шарплессу, Мортену Мельдалю и Каролин Бертоцци. При этом Нобелевский комитет проигнорировал другого американского учёного, выходца из России Валерия Фокина, который ещё в 2002 изобрёл главную реакцию клик-химии. Она обозначается как СuACC и стала «золотым стандартом» в этой области исследований.
Эта реакция уже приносит практическую пользу. На её основе созданы системы визуализации ДНК, методы диагностики метастазов онкологических заболеваний и одобренный для клинического применения препарат для лечения метастатического рака молочной железы. Причём это те виды рака, которые другими методами уже не лечатся.
«В 2022 году Нобелевская премия прошла в миллиметре от Валерия Фокина. То, что ему её не дали, многие химики рассматривают как ошибку. И мы эту ошибку исправляем», — резюмировал Оганов.