В преддверии Дня геолога, 4 апреля, в Институте геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН сотрудники лаборатории рудоносности щелочного магматизма торжественно представили лабораторное оборудование собственной разработки — три гидротермальных установки, оборудованные автоклавом высокого давления с системой быстрого охлаждения (закалки). При этом, две установки являются аналогами приборов, широко использующихся в научных центрах мирового уровня. Третья установка — это продукт вдохновения и «глубокой модернизации» приборов подобного типа отечественными специалистами. Для России такая аппаратура является уникальной.
Оборудование создано учеными Института в сотрудничестве с тюменскими инженерами. В ходе такой научно-производственной кооперации удалось создать отечественный приборный комплекс, который предоставит новые возможности для решения научных проблем не только в области геологии, но будет интересен и для других специалистов — например, из области химии и синтеза новых материалов.
Презентацию проводил руководитель проекта Дмитрий Александрович Чеботарев (третий справа). Инициатором разработки аппаратуры была заведующая лабораторией рудоносности щелочного магматизма (215) Анна Геннадьевна Дорошкевич (четвертая справа). Оценить возможности и перспективы использования нового оборудования собрались администрация и сотрудники института. На вопросы о технических возможностях аппаратов отвечал Павел Александрович Колесников — инженер-конструктор компании «Неомаш» (Тюмень) (второй справа).
1) Анна Геннадьевна Дорошкевич, заведующая лабораторией рудоносности щелочного магматизма (215).
2) Дмитрий Александрович Чеботарев, научный сотрудник лаборатории рудоносности щелочного магматизма и руководитель проекта.
3) Павел Александрович Колесников — инженер-конструктор компании «Неомаш» (Тюмень).
4) Отечественные разработки: модернизированная и «классические» версии.
Rapid Quench Cold Sealed Pressure Vessel (CSPV) или гидротермальная установка, оборудованная автоклавом высокого давления с системой быстрого охлаждения (закалки)
Установки типа CSPV позволяют создать условия повышенных температур и давления. Оборудование оснащено автоклавом, который имеет горячую и холодную зоны. В зависимости от целей исследования, образец до старта эксперимента можно расположить в горячей зоне, где он будет постепенно нагреваться до нужной температуры, либо в холодной, откуда его можно ввести в горячую зону после создания необходимых температуры и давления. Ключевой особенностью таких установок является быстрое (менее 1 секунды) и изобарическое охлаждение образца при перемещении его из горячей зоны автоклава в холодную — что на языке специалистов называется «закалка образца».
Подобные устройства становятся незаменимыми для решения множества задач в изучении геологических процессов. В частности, такое оборудование позволяет исследовать промежуточные состояния веществ, которые невозможно зафиксировать при медленном охлаждении. Оборудование дает возможность ученым анализировать быстрые химические и физические процессы при высоких температурах и давлениях (в т.ч. кристаллизацию расплавов, реакции в гидротермальных условиях), а также помогает воспроизводить процессы, происходящие в глубинных слоях Земли. Также эти установки будут полезны в химии, материаловедении, синтезе новых веществ и других областях науки: с их помощью становится возможным синтезировать материалы с уникальными свойствами (например, высокопрочные сплавы, керамику, термостойкие покрытия), создавать нанокомпозитные и функциональные материалы с заданной структурой, проводить исследования структуры и характеристик вещества при повышенных давлениях и температурах.
Интерес к таким исследованиям еще до создания и монтажа установок проявили сотрудники Института неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН, с которыми Дмитрий Александрович встретился в ноябре 2024 года на Конгрессе молодых ученых в Научно-технологическом университете «Сириус».
Для обсуждения совместных исследований можно обратиться к Дмитрию Александровичу Чеботареву (This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.).
1) Модернизированная установка оснащена мощным разборным титан-никелевым автоклавом с пневмоприводом;
2) На презентации оборудования
Единственные в стране: оборудование является уникальным в России, а также по ряду параметров не имеет аналогов в мире
Всего в ИГМ СО РАН под руководством Дмитрия Александровича Чеботарева было создано три установки. Проект реализован компанией «Неомаш» (Тюмень) при поддержке ООО «ЛТД» (Москва). Работы по монтажу и созданию программного обеспечения выполняли Павел Александрович Колесников (инженер-конструктор, «Неомаш») и Феликс Александрович Сиппель (инженер-программист, «Неомаш»).
Созданные установки являются первыми и единственными в России. Две из них по своим конструкционным и функциональным особенностям близки к наиболее распространенному типу аналогичных установок, использующихся в научных центрах мирового уровня: в них перемещение автоклава в муфельную печь и перемещение экспериментального образца внутри автоклава осуществляется вручную. Третья установка, в отличии от этих моделей, была значительно усовершенствована силами российских ученых и инженеров. Она оборудована автоклавом повышенной мощности, что позволяет достигать большие давления и температуры. Также модернизированный вариант оснащен электронной системой управления, что позволяет провести эксперимент в автоматическом режиме: задать время старта эксперимента, начальные температуру и давление и их изменение в ходе эксперимента, провести закалку образца и отключение установки в заданное время без непосредственного участия оператора с записью всех параметров эксперимента. Предельные мощности работы 2 классических установок — 2 килобара (200 МПа) и 900 С, модернизированной — 3 килобара (300 МПа) и 1100 С.
Долгий путь к созданию оборудования
Интерес к созданию данных собственных установок возник в 2017 году по инициативе заведующей лаборатории № 215 Анны Геннадьевны Дорошкевич. Анна Геннадьевна привлекла в качестве консультанта к.г.-м.н. Илью Владимировича Векслера, сотрудника Потсдамского центра наук о Земле (GFZ, Германия). Реализацию и руководство проектом поручили к.г.-м.н. Дмитрию Александровичу Чеботареву. Подготовительные работы велись в течение трех лет, в ходе которых Дмитрий Александрович посещал ведущие мировые научные центры, изучал устройство подобных установок и обучался работе на них, собирал техническую информацию, разрабатывал дизайн, искал поставщиков и закупал необходимое оборудование и материалы. В 2020 году начались работы по переоборудованию помещений института под лабораторию экспериментальной петрологии и к сборке первых двух установок «классического типа».
Анна Геннадьевна Дорошкевич, заведующая лабораторией рудоносности щелочного магматизма (215)
«В ходе выполнения проекта пришлось преодолеть множество трудностей. В частности, материал для изготовления автоклавов является высокопрочным и одновременно вязким хром-никелевым сплавом типа Waspaloy или Rene-41. Он устойчив к высоким температурам, что делает его весьма дорогим и трудным в обработке. Германские коллеги из GFZ (Потсдам) рассказывали, что просверлить узкую, длинную и ровную, без отклонений, полость автоклава представляет чрезвычайно сложную инженерную задачу. Необходимо подобрать очень специализированные сверла, но и они часто отклоняются, вязнут и застревают внутри заготовки. Извлечь сверла потом невозможно, и это приводит к браку, отходам дорогостоящего материала. В виду этой сложности, не всякий завод берется за изготовление таких деталей, да еще и малыми партиями, поэтому специалисты центра наук о Земле в г. Потсдам (GFZ) вошли в кооперацию с другими научными центрами и разместили крупный заказ по изготовлению партии автоклавов несколько десятков штук на одном из оружейных заводов Круппа» — рассказывает Дмитрий Чеботарев. ;
Поэтому, вернувшись в Россию, Дмитрий Александрович обратился в несколько организаций, включая ИЯФ СО РАН и авиационный завод им. Чкалова в г. Новосибирск, но в итоге подобрать технологию обработки сталей и изготовления автоклавов по германским чертежам смогла производственная компания «Вильде Механикс», расположенная в Центре информационных технологий Академпарка. Сотрудники компании для изготовления автоклавов применили метод электрической эрозии и изготовили другие детали для первых двух установок «классического типа», поскольку возможности штатного механического участка ИГМ СО РАН не позволили решить эту задачу. Финансирование этих работ осуществлялось за счет средств гранта РНФ 19-17-00013.
В 2025 году, за счет средств федеральной программы по обновлению приборной базы и гранта РНФ 23-77-01075, был организован тендер для изготовления усовершенствованной установки, который выиграла компания ООО «ЛТД». ООО «ЛТД» работала в сотрудничестве с опытно-конструкторской компанией «Неомаш», специалисты которой смогли в кратчайшие сроки разработать документацию и создать гидротермальную установку, оборудованной усиленным автоклавом высокого давления с системой быстрой закалки, аналогов которой нет не только в России, но и в мире.
«Данные установки значительно подстегнут развитие геологии в России: поскольку они позволяют моделировать высокие температуры в коровых условиях, с помощью них можно проводить петрологические (магматические, метаморфические), минералогические, гидротермальные, рудогенетические исследования. Благодаря системе быстрой закалки образцов, эти установки особенно полезны для изучения высоко-кинетических систем (например, щелочно-карбонатитовых) и для изучения включений в минералах. Помимо специалистов в области геологии, данные установки могут быть полезны химикам, материаловедам — для изучения свойств веществ при повышенных температурах и давлениях и для синтеза новых материалов» — комментирует Дмитрий Чеботарев.
Коллектив лаборатории рудоносности щелочного магматизма выражает благодарности за всестороннюю поддержку в процессе разработки установок А.Е. Стариковой, С.З. Смирнову, А.А. Томиленко, С.В. Хромых, А.А. Кузнецову, Е.Г. Пестриковой, И.А. Ереминой, Н.Н. Круку, И.В. Векслеру.
Материал подготовлен пресс-службой ИГМ СО РАН