Как создается магнит? Что такое диамагнитная левитация и магнитная гипертермия? Как можно представить себе магнитное поле и те изменения, которые в нем происходят?
В московской школе № 1552 на лекцию «Умные магниты. Применение в медицине» собрались ученики академических, инженерных и медицинских классов столицы. В рамках нового проекта департамента образования и науки города ребята встречаются с молодыми учеными.
Человечество знакомо с магнитом на протяжении уже 25 столетий. Первые залежи магнетита, а точнее сказать, магнитного железняка были обнаружены на территории современной Греции, в области Магнисия — отсюда и название.
Сделанные из магнитных пород статуэтки «упитанных младенцев», найденные на территории современной Гватемалы, — символ богатства и плодородия. И знаменитые изображения черепах с магнитной головой тоже не случайны. Оказывается, эти пресмыкающиеся умеют ориентироваться по сторонам света! Кажется, магниты всегда служили человечеству верой и правдой.
Всё, что касается магнитов, удивительно! И то, что человек по сути своей сам является биологическим магнитом, так как текущие внутри нас биотоки создают магнитные поля. И то, что Земля, Солнце, Марс — тоже огромные вселенские магниты. И ещё, что в отличие от электричества, в природе нет магнитного монополя, а есть только диполь — на какие маленькие кусочки вы ни разломали бы магнит, всё равно каждый из них будет иметь свои «северный» и «южный» полюса. А знаменитая таинственная инверсия магнитного поля Земли, при которой северный и южный магнитные полюса постепенно, в течение десятков тысяч лет, меняются местами, а стрелка компаса начинает показывать противоположное направление! Магнит как будто сам притягивает к себе научные загадки.
Несколько фактов из истории. В феврале 1820 года датский физик Ганс Христиан Эрстед демонстрировал студентам опыт, нагревая проволоку с помощью электричества. Один из студентов обратил внимание профессора на то, что стрелка случайно оказавшегося рядом компаса реагирует на замыкание и размыкание электрической цепи, поворачиваясь в разные стороны. Этого открытия ждали два десятка лет с момента создания первого источника электротока. Вот так — можно сказать, случайно — была обнаружена связь электричества и магнитных полей. Следующим стал французский физик, математик и естествоиспытатель Андре Ампер — именно он объяснил связь электричества и магнитного поля. На основе этих исследований в 1825 году английский инженер Уильям Стёрджен изобрел первый электромагнит — так начиналась современная электротехника.
Надежно защищая нас от космического излучения, магнитное поле, как спасательный щит, отклоняет от Земли идущие от Солнца частицы и вовлекает их в кругооборот вокруг планеты. Именно благодаря магнитному полю мы окружены ионосферой — слоем разреженного ионизированного газа, в котором текут мощные электрические токи. Ионосфера вместе с озоновым слоем поглощает ультрафиолетовое и рентгеновское излучение. Еще одно свойство ионосферы, а значит, и магнитного поля Земли — подобно зеркалу, она отражает радиоволны и дает возможность осуществления радиосвязи на больших расстояниях.
Разобраться со многими непростыми вопросами московским старшеклассникам помог Владимир Зверев, заместитель главного конструктора, начальник научно-исследовательского отделения ФГУП ВНИИА (Росатом).
— Расскажите, пожалуйста, немного о ваших научных интересах!
— Вы знаете, мои научные интересы — непосредственно моя работа. Это устройство ионизирующего излучения, проще говоря, генератор нейтронов. Если совсем упрощенно, то это такие «штуковины», которые производят нейтроны (смеется). Данными частицами облучаются разные объекты — например, опухоли или элементы горной породы в нефтегазовой скважине. И по отклику нейтронов в этих материалах мы понимаем свойства веществ и можем определять их химический состав. Опухоль начинает деградировать при воздействии на нее нейтронного излучения и уменьшаться в размерах. Примерно те же самые методы для борьбы с онкозаболеваниями реализуются и при воздействии магнитного поля. Это можно делать по-разному — например, вводить специальные магнитные наночастицы, которые нагреваются в магнитном поле. Они нагревают пораженный участок до 42-43 градусов по Цельсию — именно при таких условиях опухоль начинает уменьшаться. Подобная практика используется и для адресной доставки лекарственных средств — в высокотехнологичных операциях, при установке имплантатов, искусственных суставов и стентов. Вот, если вкратце, круг моих научных интересов!
— И современная адресная доставка лекарства?
— Да, конечно! В нужное время, в нужном месте и в нужном количестве! Без нанесения ущерба остальным здоровым органам, которые не были затронуты этой операцией. Адресная доставка лекарственных средств в принципе — одна из самых главных задач современной медицины.
— Как интересно, что этим занимается физик!
— А кто, по-вашему, этим должен заниматься? (смеется).
— Затрудняюсь с ответом, но мне кажется, что именно здесь и есть то самое пересечение биологии, химии, физики, медицины, правильно?
— Абсолютно верно! Сейчас уже нет такого четкого разделения науки — мы находимся в теснейшем контакте, скажем, с химиками, с теми, кто синтезирует эти наночастицы. Мы сами, как физики, конструируем устройства, которые создают определенное воздействие. Испытывать всё это мы должны вместе с медиками, биологами — сначала на клетках, на животных, а потом врачи переходят к клиническим испытаниям. Поэтому сейчас работает синергетический эффект всех наук. Мы, наверное, уже дошли до такой стадии, когда условного разделения, которое было во времена Лапласа или Ньютона, просто не существует! Нужно всем сотрудничать — только тогда можно достичь какого-то результата!
— Владимир Игоревич, в своей лекции вы подчеркнули, что именно закон электромагнитной индукции Фарадея принято считать основным…
— Конечно! Посмотрите вокруг — что сейчас может работать без электричества? Ничего! Абсолютно ничего! Если отключить электричество — даже у нас в доме свет отключить на несколько часов — жизнь останавливается! Это катастрофа. Закон электромагнитной индукции — это физическая основа всех электростанций мира! То есть если бы не это открытие, никто бы не мог генерировать электричество — на планете не было бы ничего! Поэтому большая часть физиков считает, что это величайший закон природы и его открытие очень сильно подтолкнуло вперед цивилизацию и научно-технический прогресс. Вдумайтесь: сейчас нет практически ничего, что не работало бы на электричестве! Так что подтверждаю — вся современная жизнь на планете Земля обязана только Фарадею!
— Владимир Игоревич, пожалуйста, несколько слов о перспективах проекта «Встречи с молодыми учеными»!
— Мне кажется, самое главное в этом проекте — мы видим свое будущее! И как молодым ученым, которым действительно стоит поделиться знаниями, как говорится, «с подрастающим поколением», и как представителям реальной промышленности — нам нужны новые сотрудники, с которыми мы будем работать буквально через десять лет! Это и есть самое главное — вот оно, живое будущее, сидит здесь в зале, слушает. Кстати, мне показалось, что с большим интересом!
— Вот как раз об этом я и хотела вас спросить! Ведь эти мальчишки и девчонки — ваши сегодняшние слушатели — возможно, завтрашние коллеги и единомышленники. Как вам уровень аудитории?
— Знаете, сегодня и уровень слушателей, и особенно вопросы — всё очень понравилось и даже вызвало удивление! С таким неподдельным интересом и с таким уровнем подготовки мы не сталкиваемся даже среди студентов. Уж не знаю, как это удалось организовать департаменту образования и науки и собрать именно такой зал старшеклассников (смеется), но они задавали правильные, сложные, интересные вопросы. Я вот так с ходу на некоторые и ответить не мог! Достойный уровень ребят, кроме шуток, и я очень надеюсь, что когда-нибудь эти ребята действительно станут нашими коллегами.
Кстати, хочу несколько слов сказать про ИФТИС — институт физико-технических интеллектуальных систем. Это самый молодой вуз в составе НИЯУ МИФИ. Мы «появились на свет» совсем недавно — в июле 2018 года. Наш девиз: «Киберфизика плюс цифровизация» — фактически готовим инженеров будущего! Именно они станут высококвалифицированными специалистами для предприятий, занятых созданием инновационных продуктов. Кафедры прикладной ядерной физики, конструирования приборов и установок и автоматики предлагают ребятам уровни «бакалавриат» и «магистратура», они же являются базовыми кафедрами ВНИИА.
— Тогда, пожалуйста, вкратце расскажите — как к вам поступить?
— Даю алгоритм! Во-первых, нужно сдать предпрофессиональный экзамен — обычно он проходит в марте-апреле в наш день открытых дверей. Во-вторых — необходимо принять участие и победить в олимпиадах по направлениям подготовки. И в-третьих, заключить целевой договор на обучение в интересах предприятия — будущего работодателя! Другими словами, потребуются довольно высокий балл ЕГЭ и индивидуальные достижения ребят! Уверен, нашим выпускникам предстоит работать в самых современных областях: геофизика, ядерная медицина, исследования космических объектов и комплексные системы безопасности.
— «Быть на шаг впереди» — мне запомнились эти слова из вашего выступления. Это, похоже, касается всех нас — школьников, самой школы, ученых, предпринимателей?
— Вы правильно сказали — у нас это один из девизов госкорпорации «Росатом» — «Быть на шаг впереди». Сейчас настолько быстро развиваются технологии, обмен информацией между людьми, что топтаться на месте и пытаться даже повторять просто бессмысленно! Потому что через самое короткое время эти технологии уже уйдут в прошлое. Сейчас самое главное — как можно больше читать современной литературы о последних достижениях в той области науки, которую человек выбрал, и стараться придумать немножко улучшенный вариант той или иной технологии, ни в коем случае не копируя и не повторяя! Ведь через самое короткое время, через год или два, это уже станет прошлым! Поэтому лозунг или принцип «На шаг впереди!» должен стать определяющим, особенно в научно-техническом развитии. Как говорил один из основателей атомной отрасли академик Юлий Борисович Харитон: «Мы должны знать в десять раз больше, чем нам нужно сейчас», чтобы в тот момент, когда это время придет, мы шли бы в ногу со временем и не отставали!
Увлекательная беседа и сессия вопросов-ответов в режиме реального времени — ребята действительно получили массу актуальной и полезной информации.
«Несмотря на то, что я ученик медицинского класса — я сдаю химию и биологию, мне интересна и физика тоже! Кроме того, я сегодня узнал, что есть огромное количество направлений для будущей учебы и развития. Особенно интересными показались история открытия магнитного поля и современные способы борьбы с онкологическими заболеваниями путем введения магнитных жидкостей»
Канан, ученик 11 класса
«Самое интересное в сегодняшней лекции — это применение магнитов в медицине. Мне очень понравилась и сама подача материала — всё было предельно понятно и очень интересно! Я ученик инженерного класса — именно теперь стало очевидно, как школьные дисциплины переплетаются между собой! Лекция показала, насколько взаимосвязаны, например, химия, физика, биология и медицина»
Оман, ученик 10 класса
текст: Е. Рипс фото: Н. Арефьева
Загрузка...
