Наше дело – эффективно готовить исследователей

Знания и компетенции от Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов

В газете «За кадры» мы продолжаем разговор об изменениях, произошедших в вузе после реорганизации внутренней структуры. Сегодня о том, для чего в Томском политехе создана Исследовательская школа физики высокоэнергетических процессов,рассказывают ее директор Игорь Степанов и зам. директора по развитию Леонид Сухих.

«Нет большей ценности, чем составить ясную картину происходящего», – Игорь Борисович приводит в начале нашей беседы слова Сунь Цзы. Будем надеяться, что после интервью нам действительно станут яснее и понятнее задачи новой школы.

– В новой парадигме университета решается триединая задача, – говорит директор, – подготовка исследователей, генерирующих новое знание, инженеров, разрабатывающих технологии на основе этого знания, и технологических предпринимателей, создающих итоговый продукт и выводящих его на рынки.

Анализ деятельности научных коллективов и продвижения университета в мировых предметных рейтингах определил два приоритетных направления подготовки исследователей. Перед химиками и физиками поставили вполне определенные задачи: повышение эффективности аспирантуры и выполнение научных проектов фундаментального характера по приоритетным направлениям мирового научно-технологического развития.

– Почему для вашей школы было выбрано такое название?

– Это название наиболее полно отражает весь спектр и специфику научных направлений школы, к которым относятся: физика экстремальных состояний вещества; физика высоких энергий; ядерная физика; физика пучков заряженных частиц, плазмы и радиационных эффектов; физика конденсированного состояния; теоретическая и математическая физика; обработка и анализ больших объемов данных; спектроскопия и твердотельная оптоэлектроника.

– Кто сегодня работает в школе?

– У нас 13 научных коллективов, в которых работают 127 сотрудников. Наши исследователи – это инженеры, преподаватели, научные сотрудники. Каждый из них пришел в Исследовательскую школу со своими направлениями, проектами, идеями. Основными стимулами выбора школы стали возможности постоянного нахождения в академической среде, концентрация на научных исследованиях и подготовке аспирантов за счет изменения формата преподавательской деятельности и снижения объема учебной нагрузки. В школе достаточно свободная демократическая обстановка с точки зрения выбора научных направлений и их реализации, это позволяет формировать группы под проекты, под лидера. Это уже приносит свои плоды. Например, 8 из 20 научных проектов, победивших в конкурсе перспективных исследовательских проектов и поддержанных из средств Программы повышения конкурентоспособности ТПУ, представлены коллективами нашей школы. С целью формирования той самой академической среды мы возрождаем институт научных семинаров, первый из которых уже прошел под председательством Почетного профессора ТПУ Максима Титова. Профессор Евгения Шеремет и старший научный сотрудник Степан Линник рассказали, чем занимаются их группы, было много вопросов, получилось интересно и познавательно. Этот формат общения позволяет ученым выйти из «кокона» узких научных тем, найти междисциплинарные точки соприкосновения для новых фундаментальных исследований.

– Подготовка научной элиты – одна из основных задач школы. Как предполагаете выстраивать эту работу?

– Сегодня в научных группах школы проходят подготовку 56 аспирантов, в планах набора еще не менее 21 аспиранта, и эту работу мы уже ведем, многих наших будущих кандидатов наук знаем «в лицо», учитываем их интересы и понимаем их возможности. Начинается подготовка кадров с профориентационной работы в бакалавриате. Для студентов 1–4 курсов на базе школы предусмотрена организация научно-исследовательской работы. Плюс наши преподаватели будут мотивировать ребят с первых курсов, помогать им выстраивать образовательную траекторию. Затем с первого курса магистратуры начинается реализация интегрированных магистерско-аспирантских программ. На старте магистратуры за каждым студентом будет закрепляться научный руководитель (вариант личного академического преподавателя), который в аспирантуре продолжит научное руководство над диссертационной работой, а сами студенты получат четкое представление о тематике своей будущей работы. Плюс целевая финансовая поддержка молодежи (она уже реализуется), ребята со своими руководителями или одни выезжают на стажировки в крупные научные центры, участвуют в различных школах. Такие программы позволят обеспечить «сквозную» подготовку исследователя в магистратуре и аспирантуре и увеличить эффективный срок работы над диссертацией до шести лет.

Еще одно новшество – индивидуализация образовательных траекторий – студент сам может выбирать образовательные модули, в том числе курсы других школ ТПУ, других университетов или, например, курсы в форме МООК (массовый открытый онлайн-курс). Здесь сработает то, что называется «голосование ногами» – выбор конкретного преподавателя. И это согласуется с нашей целью – сконцентрировать в Исследовательской школе лучших из лучших.

– Ваша школа будет заниматься в основном фундаментальными исследованиями? Будут ли они иметь практическое применение?

– Нужно понимать, что фундаментальные исследования в самом широком смысле направлены на получение новых знаний без какой-либо конкретной цели, связанной с использованием этих знаний. В то же время результаты деятельности школы должны формировать научную основу для создания прорывных технологий, способствующих социально-экономическому развитию общества и становлению университета как ведущего научно-образовательного центра. И в этом нет большого противоречия. Получение новых фундаментальных результатов, как правило, стимулирует новые инженерные решения и создание разработок, которые в плане практического применения «выстреливают» довольно быстро. Всем известный пример – создание сети Интернет для обработки больших объемов данных, полученных в экспериментах ЦЕРНа. Подобная история может повториться и в школе. Например, группа профессора Геннадия Ремнёва занимается созданием алмазоподобных детекторов для экспериментов ЦЕРНа. Используемые при этом плазменные технологии имеют перспективу широкого практического применения для создания высокоэффективных алмазоподобных защитных покрытий самого широкого функционального применения. Эта группа составляет единое целое с Научно-производственной лабораторией «Импульсно-пучковых, электроразрядных и плазменных технологий» Инженерной школы новых производственных технологий, поэтому результаты фундаментальных исследований всегда могут быть использованы при решении прикладных задач.

– Каким вы видите будущее для ваших выпускников?

– Светлым! Наше дело – эффективно и в достаточном количестве готовить исследователей. И молодые люди, идя к нам, должны понимать, где найдут сферу приложения своих сил в дальнейшем. Поэтому предполагается, что в процессе обучения практически каждый из них сможет побывать на стажировке в крупном научном центре, показать в себя и окунуться в особую среду. ТПУ сотрудничает на сегодня с шестью ведущими международными проектами уровня мегасайнс по физике (Европейская организация по ядерным исследованиям – ЦЕРН; Европейский ренгтеновский лазер на свободных электронах European XFEL; «Немецкий электронный синхротрон» DESY; Национальная ускорительная лаборатория KEK – организация по изучению высокоэнергетических ускорителей, Япония; VEPP – электрон-позитронный коллайдер, построенный в Институте ядерной физики СО РАН в Новосибирске).

В апреле этого года Президент РФ Владимир Путин, выступая на совместном заседании президиума РАН и ученого совета Курчатовского института, высказался за повсеместное создание в РФ крупных научных центров. У всех этих проектов в области ускорителей есть потребность в сотрудниках – от инженеров до физиков-теоретиков. Мы предполагаем, что ученые пойдут в научные организации, а там уже, на рабочих местах, выберут свое – кто-то больше мотивирован на изучение нового, кто-то будет трудиться на стыке инженерной и исследовательской деятельности, кто-то изначально «заточен» на обработку данных и так далее. Нужно понимать, что великие исследователи – это вершина научного Эвереста, к которой ученые идут всю жизнь. Знания и компетенции, которые призвана давать школа, – это «базовый лагерь». Они необходимы, чтобы начать академическую карьеру и восхождение к вершине.

Исследовательская школа физики высокоэнергетических процессов на сегодня – это 13 научных групп и лабораторий под руководством ведущих ученых

Проблемная научно-исследовательская лаборатория электроники, диэлектриков и полупроводников (научный руководитель – профессор Анатолий Суржиков, зав. лаб.– Елена Лысенко) специализируется на изучении эффектов и явлений в неорганических материалах при совместном воздействии высоких температур и мощных радиационных потоков. На основе эффекта генерации импульсного электромагнитного излучения неметаллическими материалами при их деформации разрабатываются вычислительные комплексы для прогноза качества и функционального состояния объектов контроля.

Научная лаборатория высоко-интенсивной имплантации ионов (зав. лаб. – профессор Александр Рябчиков) выполняет фундаментальные исследования в области разработки новых методов и систем для формирования высокоинтенсивных пучков ионов газов и металлов, очистки плазмы вакуумной дуги от микрокапельной фракции, новых методов ионно–лучевой и плазменной обработки материалов для модифицирования их микроструктуры и эксплуатационных свойств. Научные результаты, полученные в лаборатории, открывают принципиально новые возможности ионного легирования металлов на глубинах в десятки и сотни микрометров, что ранее было недостижимым.

Группа профессора Геннадия Ремнёва выполняет фундаментальные и прикладные исследования в области импульсно-пучковых и плазменных технологий, включая разработку мощных импульсных ускорителей заряженных частиц с энергией до 500 кэВ и технологии их практического применения. Области плазменных технологий включают синтез сверхтвердых функциональных покрытий на основе поликристаллического алмаза, многослойных высокотемпературных структур (MAX-фаз), способных стать основой суперконденсаторов с рекордной емкостью, высокоэнтропийных керамик, являющихся перспективным материалом для создания новых летательных аппаратов, двигателей и турбин. В рамках работ с ЦЕРНом группа курирует работу по повышению надежности системы алмазных и сапфировых детекторов, использующихся для диагностики положения пучка Большого адронного коллайдера.

Группа профессора Александра Потылицына выполняет фундаментальные исследования процессов генерации излучения, возникающего при взаимодействии заряженных частиц и их полей с веществом, в том числе с периодическими структурами. Разрабатываются методы диагностики размеров микронных пучков будущего электрон-позитронного коллайдера, а также методы диагностики длин субфемтосекундных пучков рентгеновских лазеров на свободных электронах. Второе направление связано с созданием новых компактных и перестраиваемых лазеров на свободных электронах в ТГц диапазоне частот. Группа активно сотрудничает с учеными DESY (Германия), КЕК (Япония), Института Джона Адамса (Великобритания), МИФИ, БелГУ.

Группа профессора Антона Галажинского занимается исследованием симметрий и развитием геометрических идей в физике. Научный коллектив разрабатывает геометрический подход к описанию интегрируемых систем на основе формализма общей теории относительности Эйнштейна, исследует интегрируемые системы, ассоциированные с геометрией черных дыр вблизи горизонта событий, занимается построением и изучением интегрируемых систем по заданной группе симметрий. Коллектив проводит совместные научные исследования с коллегами из университетов Англии, Германии, Италии и Франции. Другое направление деятельности группы связано с исследованием внутренней структуры нуклона, включая влияние кварк-глюонного взаимодействия на образование адронов; расхождения массы нуклона с массой образующих его кварков и ряд других направлений.

Группа научного сотрудника Арсения Чулкова выполняет исследования в области неразрушающих испытаний композиционных материалов авиакосмической и ракетной техники, используя активный тепловой контроль. Проводятся исследования в области ультразвуковой инфракрасной термографии, предназначенной для обнаружения «сложных» с точки зрения обнаружения классическим тепловым методом, дефектов типа трещин, с использованием излучателей магнитострикционного и пьезоэлектрического типов. Ведутся разработки метода лазерной ультразвуковой виброметрии, используемой для высокоточной оценки дефектности материалов путем анализа амплитудно-частотных характеристик вибрации.

Группа профессора Алексея Юрченко специализируется на разработке комбинированных энергетических систем на основе возобновляемых источников энергии. Созданы комбинированные теплосолнечные элементы, позволяющие увеличить эффективность преобразования солнечной энергии до 40 %. Разработка ведется совместно с Университетом прикладных наук Анхальта (Германия) и Карагандинским государственным техническим университетом (Казахстан). Еще одно перспективное направление исследований связано с разработкой волоконно-оптических систем контроля для безопасности объектов горного производства.

Группа профессора Владимира Пичугина занимается фундаментальными исследованиями процессов формирования, структуры, физико-химических и функциональных свойств биосовместимых покрытий, синтезированных в плазме магнетронного разряда. Исследуются функциональная активность клеток крови и молекулярные механизмы выживания и гибели клеток крови при контакте с покрытиями. Разрабатываются изолирующие трековые мембраны на основе полимерных материалов, в том числе биодеградируемых, для лечения буллезной кератопатии. Научная группа сотрудничает с ведущими научными центрами Китая, Германии, Румынии, Польши и Латвии.

Группа профессоров Андрея Трифонова и Валерия Любовицкого сконцентрирована на фундаментальных исследованиях в области теоретической физики и физики элементарных частиц. Исследования проводятся как в рамках, так и вне рамок стандартной модели. Научные интересы группы также связаны с разработкой методов точного и приближенного интегрирования нелокальных модельных уравнений, описывающих поведение сложных нелинейных систем. Теоретические и экспериментальные исследования группы выполняются в рамках международных коллабораций Европейской организации по ядерным исследованиям (CERN) и Лаборатории Джефферсона (JLab).

Группа профессора Павла Стрижака занимается моделированием процессов тепломассопереноса и включает такие тематики, как: энергоэффективное зажигание высокоэнергетических материалов локальными источниками нагрева; научные основы применения композиционных жидких топлив в промышленной теплоэнергетике; термическая очистка жидкостей на основе эффекта взрывного разрушения капель; прогностическое моделирование режимов функционирования автономных источников энергоснабжения в экстремальных условиях; перспективные технологии охлаждения реакторов растворами, эмульсиями и суспензиями; повышение достоверности контактных методов измерения температуры; научные основы технологии эффективного тушения лесных пожаров тонкораспыленной жидкостью с применением авиации.

Группа профессора Олега Уленекова занимается разработкой новых методов спектроскопии высокого разрешения для исследования атмосферы Земли, планет Солнечной системы, физической химии и других многочисленных фундаментальных и прикладных задач. Спектр молекулы дает исчерпывающую информацию о ее структуре, качественных и количественных характеристиках внутримолекулярных взаимодействий, взаимодействиях между молекулами и др. Эти данные позволяют решать важнейшие фундаментальные и прикладные задачи: например, по ним исследователи делают выводы об атмосферах планет, о составе межзвездной среды и т. д.

Группа профессора Константина Коротченко развивает фундаментальные исследования, направленные на изучение квантовых особенностей излучений и их взаимодействий с веществом в широком спектральном диапазоне, от оптического до жесткого рентгеновского, а также на создание перспективных источников излучения для физических и биомедицинских исследований. Прикладные направления исследований группы связаны с созданием математических моделей выхода лекарственных препаратов из систем адресной доставки лекарств.

Группа профессора Евгении Шеремет занимается созданием устройств гибкой оптоэлектроники для решения задач персонализированной медицины. Одно из приоритетных направлений исследований связано с разработкой гибких нательных сенсоров на основе оксида графена. Оптоэлектронные устройства используют двумерные полупроводники, которые отличаются высокой эффективностью и гибкостью. Оптическая наноспектроскопия на основе плазмоники позволяет обнаруживать вредные или опасные химические вещества с уникальной чувствительностью, а в биологических системах одновременно диагностировать и лечить серьезные заболевания за счет локального уничтожения выбранных клеток.