В Институте геологии и минералогии СО РАН состоялось рабочее совещание по определению задач для станции «Микрофокус» центра коллективного пользования СКИФ. На стации «Микрофокус» будут реализованы сразу несколько методов исследований химического состава и структуры вещества. Аналитические возможности станции будут осуществляться с использованием пучка синхротронного излучения, что позволит выполнять исследования практически мгновенно и на недостижимом для лабораторных приборов уровне. Над созданием станции работает несколько научных организаций. Томский политехнический университет осуществляет реализацию всего проекта. Новосибирский государственный технический университет, Институт геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН, Институт физики микроструктур РАН реализуют отдельные блоки станции. В задачи ИГМ СО РАН входит создание системы окружения образца для станции. Участники совещания обсудили научные и производственные цели исследований на «Микрофокусе».
На совещании с докладами выступили к.т.н. Дарьин Федор Андреевич (ЦКП СКИФ), к.г.-м.н. Дарьин Андрей Викторович (ИГМ СО РАН) и чл.-корр. РАН Пальянов Юрий Николаевич (ИГМ СО РАН). После докладов состоялось обсуждение деталей проведения исследований на «Микрофокусе». Ученые очертили круг научных задач. Также они затронули важные экологические и производственные проблемы, в решении которых поможет станция первой очереди ЦКП СКИФ «Микрофокус».
Первое сообщение касалось устройства станции. Федор Андреевич представил схему «Микрофокуса» и ее составных элементов. Большое внимание было уделено техническим характеристикам узлов станции. В частности, Федор Андреевич отметил возможности оптической системы фокусировать рентгеновский пучок синхротронного источника на рекордно малые площади. Это позволит многократно усилить плотность облучения исследуемого материала, тем самым повысить четкость получаемого изображения. Ученые смогут детально увидеть схему распределения и концентрации химических элементов с разрешением в доли микрона.
Федор Андреевич обратил внимание на характеристики и конструктивные особенности системы окружения образца. Система позволяет точно позиционировать образец под разными углами, менять температуру и давление в процессе исследования вещества. Масса только системы окружения образца превышает 10 тонн! Это позволяет разработчикам гарантировать защиту от вибраций, при проведении измерений с нанометровыми пучками.
Сейчас начался третий этап изготовления станции. Основные компоненты уже находятся в стадии изготовления и в ближайшее время будут готовы. Монтаж и ввод станции в эксплуатацию планируется на конец 2024 года. Затем учёным предстоит провести эксперименты, настроить станцию, разработать методы исследования и сертифицировать их. Сертификация методов исследования имеет решающее значение для использования станции в промышленности. Также учёные отметили высокую аналитическую мощность станции. «Микрофокус» будет способен выполнять порядка 10 миллионов элементо-определений в год. И одна из задач, которую решают сотрудники ИГМ СО РАН, это обеспечение станции должным объемом исследований.
В своём докладе Андрей Викторович Дарьин рассмотрел аналитические методы, применяемые с использованием синхротронных рентгеновских инструментов в мировой практике. Он продемонстрировал на конкретных примерах важность изучения рудных минералов и систем на синхротронах. Рудные элементы в породах могут входить в состав разных минералов, поэтому методы извлечения полезных компонентов зависят от их химического окружения. Использование синхротронов позволяет получать более качественный результат химического анализа. Результаты таких исследований позволяют производственным организациям оптимизировать технологии обогащения руд и способы извлечения полезных компонентов. Среди основных методов, которые реализуются в мировой практике на синхротронах, Андрей Викторович отметил микротомографию, рентгеновскую флюоресценцию, рентгеновскую спектроскопию и другие. Эти методы применяются для выполнения геологических фундаментальных исследований, проведения поисковых работ и решения производственных задач.
Юрий Николаевич Пальянов рассказал о работе, проделанной сотрудниками лаборатории экспериментальной минералогии и кристаллогенезиса ИГМ СО РАН для СКИФа. В течение ряда лет ученые проводили исследования по отработке режимов роста кристаллов алмаза на аппаратах высокого давления «БАРС». Им удалось вырастить крупные высококачественные монокристаллы алмаза. Для изготовления элементов рентгеновской оптики для СКИФа сотрудники Института создали пластинки алмаза (окна) 7мм х 7 мм. Каждая пластинка изготавливалась из одного кристалла алмаза массой 3,5 карата. Юрий Николаевич также обозначил перспективы сотрудничества лаборатории со СКИФом для потребностей станции «Микрофокус». Сейчас ученые работают над созданием алмазных наковален – элементов миниатюрных установок высокого давления. Алмазные наковальни – это кристаллы алмаза, между которыми размещается исследуемый образец. Высокая твёрдость алмаза позволяет создавать давление в образце, аналогичное тому, которое существует в недрах Земли. Качество монокристаллов алмаза, изготовленных в лаборатории, позволяет создавать давление до 380 ГПа. Такие наковальни можно использовать в станции «Микрофокус» для исследования вещества под высоким давлением. Также Юрий Николаевич обозначил методы, в наличие которых на СКИФе заинтересована лаборатория. Это рентгеновская топография природных и синтетических кристаллов алмаза, рентгеновская дифракция фаз, и элементный анализ микровключений в природных и синтетических алмазах.
Директор ИГМ СО РАН чл.-корр. РАН Николай Николаевич Крук подвел краткий итог сообщений и обозначил видимые задачи, которые будут решаться на СКИФе. Николай Николаевич призвал обсудить широким кругом ученых Института скрытые задачи в решении которых поможет «Микрофокус»:
— Необходимо отметить, что нормальное и правильное функционирование СКИФ и всех его станций, возможно в том случае, если помимо собственных научных организаций к работе и к использованию результатов будут привлечены производственные компании. То есть, речь идет о формировании методик исследования, которые будут восприняты реальной экономикой. Во-первых, это изучение собственно руд. На станции «Микрофокус» мы сможем проводить их детальное изучение. В разных частях рудного тела мы сможем смотреть, как варьирует структура, минеральный состав, где содержится полезный компонент, в каких минеральных фазах, в каком количестве. От этого в решающей мере будет зависеть выбранная схема обогащения. Во-вторых, мы сможем контролировать процессы, происходящие при химическом переделе сырья. В-третьих, тонкое изучение минералогии строения состава рудных минералов рассыпного типа минерализации может нас серьезно продвинуть в поиске возможных коренных источников месторождений. Для того, чтобы выходить на сотрудничество «Микрофокуса» с производственными компаниями, нам нужно разработать методики анализа и их сертифицировать.
Обозначил задачи для СКИФа академик РАН Похиленко Николай Петрович:
— Сейчас есть материалы совершенно новые. Например, наша работа последних 6-7 лет с белорусскими коллегами над изучением импактных алмазов. В Беларуси сохранилась производственная база, и производственные организации плотно работают с новым материалом, получают хорошие результаты. Заинтересовались этими работами наши коллеги, которые изготавливают буровые долота. Они научились делать в том числе рабочую поверхность, используя импактные алмазы, но пока этот материал получается низкого и среднего качества. СКИФ совершенно точно потребуется для изучения тонкой структуры композитов, которые находятся на рабочей поверхности этих инструментов. Что касается извлечения руд. Я отмечу важность исследований на СКИФе для развития сырьевой базы золотодобывающей промышленности. К примеру, на ряде месторождений с рассыпным золотом руды заканчиваются, содержание золота в них становится крайне низким – 1-0,7 грамма на тонну. При этом рядом с этими месторождениями обнаруживаются породы, в которых видимого золота нет. При изучении этих пород было обнаружено, что в них золото составляет 14 граммов на тонну, но его не видно! И СКИФ нам поможет посмотреть, как эти породы устроены и как получить из них золото. Благодаря станции мы будем иметь широкий диапазон для применения методики выявления нестандартных коренных источников месторождений. Помимо этого, мы сможем более подробно изучать сложные по составу руды Томторского массива. Сможем к ним адаптировать технологии извлечения и переработки. А это тонкая химия. Необходимо знать, с какими фазами придется работать промышленности, каких размеров фазы, какие содержания полезных компонентов. Я думаю, компании с большим удовольствием будут ставить задачи для решения этих вопросов.
Доктор геолого-минералогических наук Сергей Михайлович Жмодик также обратил внимание на проблему “невидимого золота”:
— Существует колоссальная проблема так называемого невидимого золота. Оно называется Invisible Gold. Есть золото, которое связано с сульфидами, мышьяковистыми сульфидами, сульфидами железа – пириты, арсенопириты и халькопириты . Оптическими методами электронной микроскопии такое золото не выявляется. В то же время, его содержание в рудах бывает достаточно высокое. Оценка такого золота чрезвычайно важна.
Некоторые нюансы использования химического микроанализа на станции «Микрофокус» для специфических экологических, производственных и научных вопросов высказали ведущие ученые Института: д.г.-м.н. Калинин Юрий Александрович, д.г.-м.н. Страховенко Вера Дмитриевна, директор Института чл.-корр. РАН Николай Николаевич Крук. Тема совещания вызвала живой научный интерес у присутствующих в зале, было много вопросов к выступающим.
Огромная научная, организационная и инженерная работа, которая ведется над созданием станции, должна дать свои результаты в ближайшем будущем. Аналитические возможности станции «Микрофокус» ЦКП СКИФ позволят успешно решать многочисленные научные задачи, экологические проблемы и оптимизировать производственные процессы.
Материал подготовлен пресс-службой ИГМ СО РАН