С 2026 года в НИЯУ МИФИ идет набор на новую образовательную программу «Инжиниринг мезофизических систем». Программа рассчитана на шесть лет, последние полтора-два года из которых – это практика и написание диплома. Расскажем о ней поподробней и понятным абитуриенту языком.
Что такое мезофизические системы? Это системы, которые находятся между макроскопическим миром, в котором существуем мы, и атомно-молекулярным наномиром. Фактически любые системы, состоящие из нескольких сотен или тысяч молекул, являются мезофизическими, их свойства определяются, с одной стороны, свойствами их молекул, а с другой – свойствами их ансамбля и напрямую зависят от количества частиц в ансамбле.
Рассказывает руководитель программы, доцент, к.ф.-м.н., и.о. заведующего кафедрой молекулярной физики № 10 Института ЛаПлаз Иван Тронин:
«Вот пример мезофичиской системы, которыми мы занимаемся на кафедре – нанопористое тело, то есть гранула размером с микрон. Поры ее размером несколько нанометров, и ее пористая среда обладает крайне необычными свойствами. Например, она может выступать в качестве аккумулятора механической энергии или в качестве депмфера механической энергии – то есть может рассеивать механическую энергию. Получаем нанопорошок, но это не просто материал, а целая мезофизическая система: нанопористая среда + подобранная определенным образом жидкость, которая входит в поры и выходит из них, за счет чего и происходит процесс демпфирования механической энергии. Но, несмотря на приставку «нано», этот порошок на самом деле относится к мезофизическим системам, потому что наноразмерные у него только поры, и материал, который находится у него внутри – на стыке между отдельными атомами и большим объемным твердым телом – является мезофизическим».
Где применяется подобные материалы? Например, в военной сфере (здесь мы не будем раскрывать секреты), в гражданской – это может быть капсула для адресной доставки противопухолевых лекарств. Гранула может вбирать в себя действующее вещество, и затем, путешествуя по организму и находя точки с повышенной температурой, отдавать в них это вещество.
Чем вы будете заниматься после вуза? Разрабатывать новые гибридные «умные» материалы, которые в состоянии реагировать на внешнее воздействие – сейчас это очень мейстримная история.
Еще одно направление образовательной программы «Инжиниринг мезофизических систем» – это масс-спектрометрия. Масс-спектрометры – это приборы, помогающие понять состав исследуемого вещества. Масс-спектрометрия нужна везде. Например, изотопная масс-спектрометрия – это радиоуглеродный анализ для понимания возраста объекта (скажем, в археологии), в медицинских лабораториях для детальных анализов крови (белковые и гормональные исследования). В пищевых производствах без масс-спектрометров никуда – нужно понимать состав продуктов. В топливной отрасли также нужны масс-спектрометры, чтобы определять состав разнообразного топлива.
«На нашей кафедре разработан первый в России тандемный трехквадрупольный масс-спектрометр, до этого в стране пользовались только зарубежными приборами. У могучей многолетней школы масс-спектрометрии, имеющейся на кафедре, есть огромный ресурс для развития: для возрождения масс-спектрометрической отрасли в России нужны десятки таких приборов в год. Прибор создан, прошел государственную приемку и сейчас ставится на коммерческие рельсы. По этому направлению мы готовим, можно сказать, «универсального солдата», который может разрабатывать подобные приборы, модернизировать их, обслуживать и эксплуатировать. А в будущем – это RND-директора, руководители команды разработчиков, создающих новые виды, в том числе масс-спектрометров», – продолжает Иван Тронин.
И третье направление этой образовательной программы – это численное моделирование всего, что течет. В частности, к таким системам относятся изотопные газовые смеси. Кафедра молекулярной физики, собственно, и была создана академиком Михаилом Дмитриевичем Миллионщиковым для исследования процессов, происходящих в газовых центрифугах – в них разделяли изотопы для обогащения урана, который использовался для ядерной энергетики и ядерного оружия. Сейчас это направление работы расширилось: сохраняя компетенции в газоцентрифужной отрасли, сотрудники кафедры занимаются задачами, которые интересны «Росатому» (и в частности одному из его дивизионов –ТВЭЛу), но только делают это не экспериментально, а численно.
Это численное моделирование не только газовых центрифуг, но довольно широкого спектра задач, в которых, говоря совсем простым языком, что-то где-то куда-то течет. Например, разные конкретные инженерные установки, скажем, установки непрерывного литья, где нужно смоделировать процессы течения, затвердевания, кристаллизации алюминия (такую задачу сотрудники кафедры решали для «РУСАЛа»). Или астрофизические расчеты, в которых нужно учитывать особенности течения межзвездной плазмы. Или моделирование течения газа в масс-спектрометре и т.д. Все эти расчеты производятся в Лаборатории экстремальной гидрогазодинамики. На этом направлении кафедра готовит специалистов на стыке между физикой и IT. Это инженеры-физики, занимающиеся моделированием широкого спектра задач – от научной теории до суровой инженерии, вроде расчета вентиляции здания.
На первый взгляд, эти три направления не связаны между собой, но на самом деле они требуют одних и тех же компетенций. «Инжиниринг мезофизических систем» – образовательная программа с широким охватом, ее выпускники знают и теоретическую физику, и умеют работать с экспериментами, и умеют считать и моделировать.
«Если физику не любите, к нам ходить не надо, – предупреждает Иван Тронин. – Наши выпускники – это универсальные специалисты, которые решают конкретные задачи сегодняшнего дня, которые интересны промышленности, интересны конкретным заказчикам. Среди наших основных партнеров – Институт нефтехимического синтеза им. Топчиева РАН, НИЦ «Курчатовский институт», крупнейшие компании IT-отрасли. Ну а мы сами заинтересованы, чтобы выпускники оставались на кафедре».
Работает первый в России тандемный трехквадрупольный масс-спектрометр
