Премия Рунета-2020
Новосибирск
+27°
Boom metrics
Наука29 июня 2022 6:00

Новосибирские ученые укрощают взрывы и наблюдают за пеной

Институт гидродинамики имени М. А. Лаврентьева отметил юбилей
Заведующий лабораторией дифференциальных уравнений Института гидродинамики Александр Чупахин.

Заведующий лабораторией дифференциальных уравнений Института гидродинамики Александр Чупахин.

Фото: Анастасия ФЕДОРЧЕНКО

Институту гидродинамики имени М. А. Лаврентьева СО РАН, одному из ведущих научных центров в области механики, гидрогазодинамики и физики взрыва, исполнилось 65 лет. Ученые доказали, что взрывные процессы можно использовать не только на поле боя, но и в мирное время. Здесь проводят уникальные исследования, а станция института будет одной из главных в СКИФе - Сибирском кольцевом источнике фотонов.

МЕДИЦИНСКАЯ БИОМЕХАНИКА

Институт активно работает в направлении медицинской биомеханики. В сотрудничестве с клиникой Мешалкина (Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е. Н. Мешалкина) здесь создали уникальную систему эндоваскулярного (внутрисосудистого) мониторинга кровотока во время нейрохирургических операций, позволяющую получить данные о кровотоке, контролировать ход операции на сосудах головного мозга и значительно снизить риск послеоперационных осложнений. На основании мониторинга ученые строят математические модели, решая непростые медицинские задачи.

- Мы начали работу с нейрохирургами клиники Мешалкина по исследованию артериовенозной мальформации. Это аномальный сосудистый клубок между артериями и венами, из-за которого артериальное и венозное дерево соединяются сразу, минуя капиллярную сетку. Артериальная кровь с большой скоростью под давлением идет напрямую в вены, и большой объем крови до мозга попросту не доходит, нарушая его питание. Такую патологию лечат внутрисосудистой эмболизацией. Операция проводится без вскрытия черепной коробки: хирург попадает в мозг через бедренную артерию с помощью специального проводника. К дегенеративному участку мозга подводится эмболизат: клей, который закупоривает его и выключает из кровотока. Перед нами стояла задача выяснить, насколько полно можно проводить такую заклейку, чтобы после выключения из кровотока патологического узла от возросшей нагрузки не пострадали и не порвались соседние сосуды. На основании мониторинга мы построили математическую модель, которая предсказала порог заклейки. Оказалось, он равен 60 - 70%. Хирурги подтвердили, что после заклейки более половины патологического участка действительно начинался рискованный порог, и благодаря нашим исследованиям они поняли почему, - рассказал «Комсомольской правде» специалист в области медицинской биомеханики, гемодинамики головного мозга заведующий лабораторией дифференциальных уравнений Института гидродинамики Александр Чупахин.

А в Новосибирском федеральном центре нейрохирургии перед учеными института поставили другую задачу. Там при микрохирургических операциях на сосудах головного мозга со вскрытием черепной коробки устанавливают анастомозы - дополнительные сосуды. Анастомозы выключают зону мозга с аневризмой, чтобы исключить питание патологической ветки. Математическое моделирование помогло выяснить оптимальный угол, под которым лучше всего пришивать один сосуд к другому.

Старший научный сотрудник лаборатории механики неупорядоченных сред Наталья Шмакова за работой в лаборатории.

Старший научный сотрудник лаборатории механики неупорядоченных сред Наталья Шмакова за работой в лаборатории.

Фото: Анастасия ФЕДОРЧЕНКО

МЕХАНИКА МНОГОФАЗНЫХ СРЕД И ВНУТРЕННИЕ ВОЛНЫ В ОКЕАНЕ

Старший научный сотрудник лаборатории механики неупорядоченных сред Наталья Шмакова изучает в Институте гидродинамики пену и внутренние волны.

Оказывается, движение пены аналогично лавинному течению. Как показывают исследования, статистика поведения движения фронта пены схожа с распространением трещин и движением лавин.

- Что интересного в самой пене? В покое она ведет себя как твердое тело, а при воздействии напряжения начинает двигаться, течь. Пену можно использовать для создания различных материалов, она уже активно применяется во множестве отраслей. Например, при добыче нефти в засушливых районах при разрыве нефтеносного пласта можно использовать пену: в ней больше воздуха, чем воды. Пока не существует никакой численной модели и теории, описывающей течение пены, поэтому мы занимаемся модельными экспериментами, которые помогают в изучении ее основных свойств, - объяснила Наталья Шмакова.

Второе направление работы Натальи - внутренние волны, которые возникают в океане. Это естественный процесс, зарождающийся в результате взаимодействия приливов с любой неровностью океанического дна. Аналогичные волны возникают в атмосфере, только называются уже подветренными.

На установке по моделированию внутренних волн Наталья Шмакова изучает их поведение: работает с различными геометриями экспериментального бассейна и генераторами волны. Понимание всех механизмов работы внутренних волн в океане важно для построения климатических моделей, а также для судоходства и для безопасности авиаперелетов.

Ведущий научный сотрудник лаборатории физики взрыва Института гидродинамики Константин Тен. Фото: Личный архив

Ведущий научный сотрудник лаборатории физики взрыва Института гидродинамики Константин Тен. Фото: Личный архив

РАБОТА В СКИФЕ

В Кольцово активно строится новый источник синхротронного излучения СКИФ - Сибирский кольцевой источник фотонов, который, по задумке ученых, станет огромным электронным микроскопом. Одной из станций первой очереди будет станция быстропротекающих процессов Института гидродинамики.

- Основное направление нашей работы - исследование быстрых процессов, длящихся меньше одной микросекунды. Самые быстрые процессы - это взрывы. За время взрыва мы фиксируем рост давления, спад, распределение плотности, скоростей и так далее. Раньше для этого использовали рентгеновский аппарат: он просвечивает все насквозь и не меняет параметры самого процесса. В ускорителе электроны летают со скоростью света, и мы впервые предложили использовать его в качестве рентгеновского аппарата, потому что он просвечивает все насквозь и делает это очень быстро, - уточнил ведущий научный сотрудник лаборатории физики взрыва Института гидродинамики Константин Тен. - Раньше мы работали только со взрывчатыми веществами. Теперь перешли от них к сплошной среде, чтобы изучать различные материалы и строить их уравнения состояния. В СКИФе можно будет исследовать разные вещества, потому что наша установка будет производить ударные волны разной интенсивности всеми возможными способами.

В СКИФе одной из самых главных будет установка Института гидродинамики. Фото: inp.nsk.su

В СКИФе одной из самых главных будет установка Института гидродинамики. Фото: inp.nsk.su

Станцию Института гидродинамики в СКИФе хотят сделать доступной для работы других ученых. Установка будет работать круглосуточно на выделенном 100-метровом канале в отдельном здании. Для работы уже набрали команды из других городов, задача - создать 5 - 7 групп со всей России. По словам Константина Тена, подобных установок в ближайшее время не будет нигде в мире.

В программе развития Института гидродинамики создание новых лабораторий, обновление научного оборудования, развитие наставничества, омоложение кадров. И конечно же, новые исследования, которые помогут оставаться лидерами по направлению гидро-, аэродинамики, микромеханики и будут приносить пользу обществу.