Геофизика для всех и каждого

16.05.2024

Наука переплетается с повседневной жизнью, поражая нас удивительными связями между такими далекими на первый взгляд явлениями. Наш герой Руслан Рытов – научный сотрудник, занимающийся изучением вещей, которых мы даже не видим, но которые окружают нас везде. Накопленные им знания применяются здесь и сейчас на благо человечества.

Досье
Руслан Рытов родился и вырос в Малоярославце. Окончил бакалавриат и магистратуру в Обнинском ИАТЭ НИЯУ «МИФИ». После стал аспирантом в Московском национальном исследовательском технологическом университете. Защитил кандидатскую диссертацию физико-математических наук по специальности «Физика конденсированного состояния». Автор и соавтор 11 научных работ.

С Елизаветой Руслан познакомился во время учебы в аспирантуре. Тогда девушка также работала с Николаем Усовым. Затем к ним присоединился наш герой. Там, в одном кабинете, и завязалось общение. Руслан хорошо программировал, Елизавете больше давалась химия. Вместе они обсуждали моменты по учебе, помогали друг другу. А зимой 2023 года
расписались.

Прикладная наука

Руслан работает научным сотрудником в Институте земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН. Он занимается моделированием магнитных полей, создаваемых Землей и другими источниками. Значение такой работы – сугубо технически-прикладное. Расчеты в первую очередь нужны для нефтяников, навигации направленного бурения.

Руслан создает математические модели для того, чтобы точно знать, какое магнитное поле действует в конкретной точке, какое имеет направление и интенсивность. От этих важных данных зависит успех нефтепромышленников. Допустим, когда нефтяники делают скважину, единственный способ сориентировать бур в толще пород – это «опираться» на магнитное поле земли. Правда, не все так просто – поле непостоянно, а при магнитных бурях становится еще нестабильнее. Поэтому от того, насколько точно проведены расчеты, зависит вероятность возникновения нештатных ситуаций.

Также Руслан занимается в МГУ исследованиями палеомагнетизма – это область геофизики, изучающая земной магнетизм в прошлом.

Геофизика как наука востребована. Она применяется везде, где необходима навигация на местности. Наглядный пример – компас нашего смартфона. Программа опирается на международную модель геомагнитного поля, которая обновляется примерно раз в пять лет. Данные для нее собираются со всех институтов мира, в том числе в том, где трудится Руслан, и на их основе создается усредненная модель.

Не мощнее холодильника?

Магнитное поле Земли согласно главной гипотезе создается токами глубоко в недрах планеты, рассказывает Руслан. Слой мантии, который находится в постоянном движении, имеет электрический заряд, благодаря чему и существует магнитное поле. Второй источник, но менее значительный, – залежи металлов. Их магнитное поле называют аномальным. Пример – всем известная Курская магнитная аномалия, где как раз «шалит» аппаратура и проявляются отклонения измерений.

Также существует ионосфера – слой на высоте примерно 100 километров и выше от поверхности Земли, в которой сконцентрированы заряженные частицы. Она движется, создает переменное магнитное поле, которое может меняться как за дни, так и за минуты. Взаимодействует ионосфера с солнечным ветром, если солнце активное, она начинает «возмущаться». Из-за этого и возникают завораживающее полярное сияние и те самые магнитные бури, от которых якобы страдают метеозависимые люди.

– Магнитные бури на самом деле слабо влияют на организм человека. Воздействие на порядок слабее, чем если вы подойдете к своему холодильнику. Уровень магнитного поля в этом случае меняется в несколько раз сильнее, чем во время бури, – развеивает заблуждения Руслан.

Правда, он признает, что, возможно, воздействие на людей есть, но дело не в магнитной буре, а в прилетающих вместе с ней на Землю частицах. Вспышки на Солнце помимо магнитной бури могут провоцировать некое другое явление, влияющее на живые организмы.

Однозначного же мнения ученых о том, как влияет это природное явление на людей и животных, нет. Механизмы воздействия электромагнитных возмущений на человека изучены слабо. Интересно, что даже у пациентов, не знающих о факте солнечной вспышки, наблюдается ухудшение самочувствия.

Направить в нужное русло

В 2016 году Руслан получил образование в ИАТЭ по специальности «Прикладная математика и информатика». Два года спустя там же окончил магистратуру по специальности «Информационные системы и технологии». Поступил туда же в аспирантуру, но отучился всего год – научный руководитель, доктор физико-математических наук Николай Усов, который тогда параллельно работал в Национальном исследовательском технологическом университете МИСиС, увидел в Руслане потенциал. Он и забрал нашего героя к себе, в Москву.

– Захотелось проводить эксперименты с магнитными наночастицами. Усов направил меня в МИСиС, на кафедру коррозии металлов. И это было абсолютно новое направление для меня. Пришлось учить электрохимию. В итоге я смог поступить туда и начал заниматься исследованиями, – вспоминает молодой человек.

С Николаем Усовым Руслан начал работать еще в конце бакалавриата. Мэтр направил парня в науку, сориентировал и много чему научил.

– Изначально в детстве было желание стать ученым. Математика хорошо давалась. Не было проблем с точными науками. Однако к 11 классу тяга к науке угасла. В институте же Усов вновь меня вдохновил, показал, что можно заниматься интересными исследованиями, публиковаться в международных журналах. Мне повезло, что я встретил Николая Александровича, – говорит Руслан.

Близкие и друзья поддерживали молодого человека. Благодаря семейной библиотеке, включающей научные издания, Руслан увлекся биологией и математикой.

Руслан – способный молодой ученый, креативный, настроенный на успех, готовый к конкуренции в своей области науки с ведущими зарубежными коллегами. Руслану интересно решать сложные научные задачи, думать, как эти знания можно применить на практике. А получать за это деньги интересно только во вторую очередь. Также со временем Руслан научился быстро входить в круг научных задач, над которыми мы вместе работали, что очень ценно. Николай Усов.

Передовые малыши

В МИСиСе Руслан защитил диссертацию по теме магнитных наночастиц и их применения в биомедицине.

Магнитные наночастицы по размерам меньше вирусов. Они очень легко проникают через мембраны живых клеток. Ученые решили попробовать применять их с разными целями. Так, они покрывали частицы различными молекулами и доставляли в клетки, чтобы направленно воздействовать на живой организм.

– Например, наночастицы запускаются в патологические ткани какого-либо органа. На них воздействуют переменным магнитным полем. Эту энергию частицы поглощают, а взамен вырабатывают тепло, которое влияет на ткани. Такой метод называется магнитной гипотермией. Правда, пока на человеке он используется редко. В России очень много институтов работают в этом направлении, например, у нас в МИСиСе для этих целей действует целая лаборатория, – приводит пример Руслан.

Здесь существует много подводных камней. Непонятно, как эти частицы будут взаимодействовать друг с другом, «работать» в живых тканях. Все это еще активно исследуется.

Создать такие наночастицы можно в лабораторных условиях. Для этого Руслан предлагает в своей диссертации метод механокавитации.

– Берутся крупные частицы. В жидкости их можно расколоть с помощью кавитационных пузырьков. Они встречаются, когда, например, плывет корабль. Его винт крутится и разрывает воду, создавая отрицательное давление. Возникают пустоты, которые схлопываются, во время чего создается большой градиент давления с очень высокой температурой. И оказалось, что так, будто маленьким молоточком, можно раскалывать любые материалы, – объясняет он.

Такой метод противопоставляется химическому, который считается «грязным», – при его использовании поверхность частиц забивается, и «посадить» в них что-то полезное уже не получается. Метод же механокавитации сравнительно проще, дешевле, качественнее. Свойства наночастиц при таком способе сохраняются.

Созданные этим методом наночастицы сейчас очень востребованы. А производятся они в небольшой настольной установке. Принцип довольно прост – мощный ультразвуковой зонд помещается в жидкость, который и создает те самые нужные пузырьки.

Похожих публикаций в научной среде пока нет. Работа Руслана активно цитируется в международной научной среде. Его идеи перенимаются. Но до масштабной реализации такого метода пока еще далеко.

– В теории все отлажено, но стоит техническая задача, как эту технологию внедрить для стабильного производства. Решение займет не один десяток лет, – подводит итог наш собеседник.

И в быту, и в природе

Примечательно, что наночастицы встречаются в природе, например, в горных породах. Также существуют магнитотактические бактерии – древнейшие микроорганизмы. Оказалось, что они выращивают внутри себя магнитные частицы в виде цепочки.

– Здесь в речке их искали, брали пробы ила. В Протве нашли, а вот в Оке их не было. Их можно даже самому культивировать, но это сложно, – рассказывает Елизавета, жена и единомышленница нашего героя.

Предполагается, что бактерии выращивают магнитные частицы для ориентирования в пространстве. Такую гипотезу выдвинули ученые, обнаружив, что, погибая, бактерии образуют залежи, а их намагниченность всегда ориентирована вдоль направления главного магнитного поля Земли.

– С большой вероятностью можно сказать, что магнитное поле Земли периодически меняет свое направление. Последний раз такое произошло 700 тысяч лет назад. Это обнаружено как раз благодаря найденным отложениям, в том числе в океане, которые были по-разному намагничены. Все слои «смотрели» в разном направлении. Единственное объяснение этому – во время формирования таких залежей магнитное поле Земли было обращено то в одну сторону, то в другую. Так ученые выяснили, что магнитное поле нашей планеты – величина непостоянная, – объясняет Руслан.

И немного тревожных новостей от ученого: магнитное поле нашей планеты сегодня ведет себя так, будто бы должно скоро поменяться. Так, за последние несколько десятков лет его направление и амплитуда значительно отклонились. Магнитный полюс активно движется. Чем нам все это грозит? Если в результате останется много полюсов, то жизнь на Земле, может быть, и останется, говорит Руслан. Однако, если полюс исчезнет, все живое «сдует» солнечным ветром – на Землю обрушится экстремальная радиация.

– Будем надеяться, что изменения пройдут легко. В любом случае это медленный в масштабах человеческой жизни процесс, – обнадеживает ученый.

Крылья, ноги... Главное – кость!

Особняком стоит участие Руслана в публикации по теме разработки специальной лазерной плавки титановой решетки для имитации губчатой кости человека. Проще говоря, при помощи 3D-принтера можно печатать мельчайшие детали протезов, адаптировать их под особенности строения скелета пациента. Минус в том, что протез будет не литым, – конструкция спекается из отдельных частиц, и ее свойства могут быть хуже.

В своей работе команда ученых предлагает вариант, как с помощью 3D-принтера сделать протез так, чтобы не утратились его механические свойства и он стабильно функционировал в организме человека. Технология перспективная, и ее вполне можно назвать инновационной.

– Я помогал коллегам в области электрохимии. Эта технология для создания протезов уже готова, и ею уже можно пользоваться. С каждым годом она будет совершенствоваться, – уверен молодой человек.

Около года Руслан преподает в ИАТЭ математическое моделирование студентам-химикам – будущим радиофармацевтам. Преподавателя, который сможет толково объяснять свой предмет, на кафедре ждали давно.
На пары к нашему герою приходят обычные ребята. И иногда Руслану даже приходится объяснять, для чего им нужна наука. Ведь главное не только знания, но и осознание своей цели, желание заниматься чем-то профессионально, развиваться, открывать новое, а не только смешивать растворы в пробирках.

Даниил Арбатский.
Фото из личного архива Руслана Рытова.