От науки к бизнесу на науке и обратно: путь ученого
Впервые в России силами специалистов ФИАНа и малых коммерческих компаний разработан магнитно-резонансный томограф, готовый к серийному производству. Руководитель разработки Евгений Демихов рассказывает о ее истории, а также о проблемах научного приборостроения и импортозамещения
Несколько дней назад в Физическом институте им. П. Н. Лебедева (ФИАН) прошла презентация магнитно-резонансного томографа, разработанного в институте. Установку представлял руководитель отделения физики твердого тела ФИАНа, разработчик этой установки, доктор физико-математических наук Евгений Демихов.
Эта разработка имеет давнюю историю, в которой поучаствовал и журнал «Эксперт».
Еще в 1995 году молодой физик Демихов, поработав несколько лет в Германии, пришел к выводу, что российские научные приборы и материалы вполне могут быть конкурентоспособными на немецком университетском рынке. И решил заняться бизнесом по их поставке в Германию. Создал там компанию, которая предлагала криогенную технику, в частности криостаты разработки Института твердого тела РАН из Черноголовки, оптику и лазеры из Минска и различные материалы, в том числе полупроводниковые. Бизнес не задавался, и, как сказал тогда в интервью «Эксперту» Демихов, «мне стало ясно, что если мы не начнем заниматься организационной работой на родине, то бизнес развалится».
И это стало главной причиной его возвращения в Россию, где Демихов создал при Институте физики твердого тела в Черноголовке компанию RTI и наладил производство криогенных приборов и их поставку в Германию. А в 2001 году представил свою разработку — криостример — на первый Конкурс русских инноваций, который организовал журнал «Эксперт», и занял на нем первое место.
Последующее развитие этой техники в России и судьба бизнеса ученого и предпринимателя Демихова выпали из нашего поля зрения, но презентация МРТ показала, что он все так же занят криогенной наукой и техникой и достиг в этом успехов, а его бизнес продолжает развиваться. Мы решили встретиться с Евгением Ивановичем и обсудить перспективы развития криогенной техники и научного бизнеса в России. А наша беседа началась с воспоминаний о первом конкурсе русских инноваций.
— В статье 2002 года, опубликованной в Эксперте (см. «Энергия низких температур», № 14. — «Эксперт»), была представлена наша разработка — так называемый криостример. Это была попытка создать криогенную мельницу. Криогенная мельница работает так: вы замораживаете до глубоких низких температур некий биообъект. Это может быть и зерно, это могут быть и самые разные биопрепараты. После того как вы их сильно заморозили, они становятся хрупкими, и их легче измельчать. Это была идея, и она сыграла так, что мы стали лауреатами первого Конкурса русских инноваций, который проводил «Эксперт». А дальше у нас эта тематика, использующая криогенные температуры, стала развиваться, у нас возникли другие проекты, прежде всего из области научного приборостроения.
Начинали мы как подразделение Института физики твердого тела в Черноголовке, а потом коммерческая часть проекта выделилась из института. Этот шаг был абсолютно правильным, поскольку институт не должен и не может заниматься коммерческим производством. Но позитив начального этапа состоял в том, что удалось сохранить специалистов и технологии, которые сейчас продолжают развиваться.
От науки к бизнесу на сверхпроводимости
— Мы начали заниматься научным приборостроением для физики низких температур, максимально расширяя номенклатуру, сохраняя старые разработки и делая новые. И сейчас сайт нашей компании НПО РТИ cryo.ru содержит в себе, пожалуй, самое полное в русскоязычном интернете представление о научных приборах для физики низких температур. И мы их выпускаем. Это разнообразные криостаты, сверхпроводящие магниты и другие приборы и изделия. Поскольку высокотемпературной сверхпроводимостью, ВТСП, занимались у нас в Союзе давно, еще с семидесятых годов прошлого века, то это направление развивалось у нас довольно быстро. К нам пошли заказы, которые позволили этой теме держаться на плаву, хотя это в целом непросто. После того как мы в этой кухне поварились, нам стало понятно, что без стабильной государственной поддержки, конечно, никакие инновации у нас не получатся. Но, слава богу, государство это понимало и продолжает понимать, помогая таким компаниям, как наша.
Разработки приборов на основе явления высокотемпературной сверхпроводимости остается существенной частью нашей работы. А ведь это очень сложная технология, выход готовой продукции ВТСП-проводников очень маленький — порядка десяти-двадцати процентов. И на данный момент затевать какое-то крупномасштабное производство на основе ВТСП невозможно. И это состояние, к сожалению, каким было в 2002 году, таким остается и сейчас. То есть за двадцать лет ситуация кардинально не изменилась: созданы демонстрационные образцы некоторых установок, например токоограничителей на основе ВТСП. Это прекрасные разработки, и они наиболее важные, потому что все-таки их удалось реализовать. Но это неустойчивый бизнес.
— Но ведь есть, например, в Москве компания «СуперОкс»*, которая делает и токоограничители, и кабели на основе ВТСП…
— «СуперОкс» — это отличная фирма, она вышла из лаборатории Московского университета и была создана при поддержке частного бизнеса, который вкладывал и продолжает вкладывать в нее средства, потому что это требует постоянного вложения денег. И слава богу, что есть инвестор, который это дело поддерживает и сам этим увлекся — бывший замминистра финансов Андрей Вавилов.
* О компании «СуперОкс» можно прочитать, например, в интернет-журнале «Стимул» от 20 марта 2019 года в статье «Стратегия высокой температуры».
МРТ: новый этап
— Именно поэтому вы вышли за пределы рынка научных приборов и занялись магнитно-резонансной томографией? Но ведь это значительно более сложные установки, и требования к ним гораздо более жесткие.
— Минус научного рынка состоит в том, что он быстро насыщается: за короткое время вы выходите на максимум продаж, а дальше у вас уже нет клиентов, поскольку вы их всех удовлетворили. Такие фирмы могут развиваться, только опираясь на участие в больших проектах. И когда мы стали размышлять о том, куда мы могли бы развиваться, отталкиваясь от научного приборостроения, сразу стало понятно, что это магнитно-резонансная томография. Поскольку там требуются большие магниты с большим количеством сверхпроводника. Эти магниты стоят дорого, и их нужно много. Это действительно коммерческий продукт, поскольку спрос на магнитно-резонансные томографы в мире растет. Само существование сверхпроводимости экономически оправдывается благодаря тому, что существует магнитно-резонансная томография. Томография позволяет сделать нашу науку рентабельной.
И после того, как нам это стало понятно, мы стали подавать заявки на получение грантов и в 2008 году получили грант от Министерства образования и науки — это был проект по созданию магнитно-резонансного томографа для конечностей. Мы получили грант и успешно осуществили, томограф у нас появился. Дальше мы разработку стали развивать, сделали несколько экземпляров, которые до сих пор работают в различных лабораториях. А потом мы поучаствовали в конкурсе Министерства промышленности и торговли, в котором была поставлена задача создать полноразмерный томограф на все тело, с теми параметрами, которые востребованы на рынке. Эти параметры хорошо известны: магниты на полтора Тесла и тоннель диаметром 60 сантиметров. Поскольку финансирование было приличное, мы в короткое время смогли расширить нашу команду.
— Это в каком году было?
— Это был 2010 год. Мы собрали мощную команду, в которую были собраны лучшие специалисты страны на тот момент. И мы этот томограф к 2017 году сделали: появился опытный образец, который до сих пор работает.
Как избавиться от жидкого гелия
— А дальше началась уже более детальная отработка технологических проблем. Первая состояла в том, как охлаждать сверхпроводник. Поскольку мы используем низкотемпературный сверхпроводник, его нужно охлаждать до гелиевых температур. И большинство томографов — 99 процентов, которые присутствуют на рынке, — охлаждаются при помощи жидкого гелия. Вы заливаете в полость, в которой находится сверхпроводящая катушка, жидкий гелий, и все хорошо работает. Эта система надежная, хорошо выверенная, имеются запчасти, имеются люди, которые обслуживают такие установки. Но жидкий гелий — материал дорогостоящий, постоянно растущий в цене. Например, летом 2022 года его нельзя было купить. Что сразу привело к скачку цен: его стоимость увеличилась в пять раз за короткое время. Сейчас она, правда, упала до исходных значений.
— А для чего его употребляют у нас, кроме как для таких специфических вещей, как ваши приборы?
— Продают в Европу. В начале двухтысячных годов был продан на Запад даже стратегический запас газообразного гелия, который у нас хранится в специальных хранилищах. Было даже уголовное дело, виновных нашли и наказали.
То есть жидкий гелий — это дополнительная серьезная статья расходов, поэтому в мире стали искать выход, и в результате возникла технология, которой мы тоже овладели: технология без использования жидкого гелия.
Принцип ее достаточно простой. У вас есть катушка из теплопроводящего материала, на которую вы наматываете сверхпроводящий провод, а потом эту катушку вы начинаете охлаждать, а поскольку она из теплопроводящего материала, этот холод постепенно промораживает всю катушку. А охлаждаете эту катушку специальным криорефрижератором. Появились такие рефрижераторы, мощность которых достаточна, чтобы охлаждать большую катушку. А наше достижение состояло в том, что мы достигли очень малого теплопритока, то есть могли охлаждать такую большую катушку одним криорефрижератором.
— А криорефрижератор чем охлаждается?
— Криорефрижератор — это, грубо говоря, обычный холодильник, только он работает по некоему другому принципу — Гиффорда — Макмагона. Он наиболее эффективен при температурах жидкого гелия. И это позволяет эффективно охлаждать катушку, в данном случае, и быстро выходить на гелиевые температуры.
— А этот криорефрижератор гелий не использует?
— Он использует некую сложную смесь гелия и азота, которая там находится при высоком давлении. Есть такое понятие, как закритический режим, при котором у вас возникает такое марево — туман, смесь воздуха и жидкости. И здесь тоже возникает такой туман из гелия и азота, и он имеет совершенно другие свойства, чем каждый из газов, им можно охлаждать, и такая машина позволяет достичь гелиевых температур. Гелий она использует, но гелий находится в замкнутом пространстве и может там находиться годы.
— Такой криорефрижератор вы сами должны сделать?
— Нет, его мы покупаем. Это отдельная технология, которой можно было бы овладеть, но есть фирмы, которые их производят и продают.
— А в мире есть компании, которые тоже такой вариант развития МРТ без жидкого гелия выбрали?
— Да, они, конечно, существуют на рынке. Томографы рыночного уровня стали появляться где-то с середины девяностых годов, но тогда их развитие сдерживалось тем, что не было таких рефрижераторов и приходилось постоянно подливать гелий. Это очень трудоемкая процедура, но тем не менее врачи, поскольку они получают благодаря МРТ исключительно ценную информацию, шли на всяческие жертвы. Но как только появились криорефрижераторы, эта ситуация кардинально поменялась.
В России уже в начале девяностых были первые попытки создания МР-томографа на все тело в Курчатовском институте и в НИИЭФА, институте «Росатома». Обе попытки за неимением достаточных средств были прекращены, хотя был сделан опытный образец, его можно было доводить, но все было брошено, и дело ничем не закончилось.
Хотя есть две фирмы, которые делают томографы на постоянных магнитах, отличающиеся тем, что там маленькое поле — приблизительно 0,4 Тесла. И вы не можете его поднять. А для того, чтобы работать на современном уровне точности, нужно, по крайней мере, иметь 1,5 Тесла. Наш томограф это дает. А томографы на постоянных магнитах и сейчас существуют, но в них, к сожалению, ограничен уровень точности и меньшее пространственное разрешение по сравнению с полуторатесловыми магнитами. Поэтому они не выдерживает конкуренции, хотя для некоторых задач они применимы. И они до сих пор используются там, где не требуется высокая точность. Причем во всем мире.
— А какова судьба предыдущей разработки, которую вы упомянули, МРТ для конечностей?
— Первый экземпляр, который мы сделали, был гелиевый, то есть мы заливали жидкий гелий внутрь криостата. Но там уже была система замкнутого цикла: на этом гелии можно было работать несколько лет.
— Благодаря герметичности?
— Не в этом дело. Гелий, когда заливается, начинает испаряться, сверху ставят теплообменник, на котором гелий конденсируется. И капли гелия капают обратно в ванну с гелием. Такой замкнутый цикл. И в таком режиме можно работать достаточно долго. Наш образец работает так уже пять лет. А следующим шагом мы в инициативном порядке разработали безгелиевый вариант такого МРТ на 1,5 Тесла. То есть охлаждение через катушку.
— В серию такая установка пошла?
— Пока нет, но, возможно, пойдет. Потому что там есть некоторые интересные применения. Но там также есть некоторые особенности, которые делают эту установку сложной для применения.
А для нас это был принципиальный промежуточный этап. Он был более дешевый, поскольку магнит там был меньше размера
— А чем между разработкой МРТ и вашими первыми разработками вы еще занимались?
— Мы разрабатывали различные научные приборы, которые создают и используют низкие температуры — 4 Кельвина. И их было сделано довольно много. Например, криостаты, которые нужны для научных исследований. Они в чем-то напоминают термос — этакий научный термос. Потом было направление, связанное с охлаждением потоком газа. Это тоже очень интересная тема, позволяет делать довольно дешевые криостаты. И, соответственно, самые различные магниты с полем до 16 Тесла. Все это необходимо для научных исследований, для лабораторий. У нас вся страна знает про эти приборы.
Запустить производство
— А после того, как мы овладели основными параметрами этой безгелиевой технологии, мы создали опытный образец, разработали комплект документации, которую можно использовать в производстве. И на данном этапе стоит вопрос об организации производства. Головной организацией определен «Росатом», который выделил на это средства. Понятно, что мы находимся в научном институте и для занятий производством здесь нет ни условий, ни соответствующего персонала. Но мы надеемся, что в ближайшее время производство начнется.
— «Росатом» разворачивает производство на своих старых площадках или предполагается создать новое производство?
— Этот вопрос еще не решен. Но мы надеемся, что все будет разумно сделано.
— Но если ваш МРТ подхватывает «Росатом», то он тогда целиком берет на себя всё…
— Да, разработка переходит в «Росатом». Но я сторонник того, чтобы было создано частное предприятие, которому были бы переданы эти разработки и оно бы дальше начало их развивать. Конечно, с участием и при поддержке «Росатома». «Росатом» может быть его учредителем.
— То есть для запуска в серийное производство у вас уже все готово?
— У нас уже все готово, и сейчас начинаются конкретные шаги по размещению нашего МРТ на производстве.
— Но ведь для организации серийного производства требуется очень большой объем документации…
— Эта документация подготовлена, она есть.
— В ФИАНе есть КБ соответствующего уровня?
— Документация частично разрабатывалась в ФИАНе, частично в нашей фирме. Хотя, если говорить точно, я сейчас из этой фирмы вышел, но там работают мои ученики.
— А почему вышли, если не секрет?
— Потому что уже другие задачи — научные — приходится решать.
— Вы ушли снова в науку?
— Да, я возглавляю сейчас крупное подразделение в ФИАНе, которое в том числе занимается вопросами сверхпроводимости, но больше занимается фундаментальными вопросами. Возможно, такое решение — это возрастное.
Но надо уступать дорогу молодым. Я присутствую в фирме, я участвую в консультациях, в информационной поддержке, делюсь идеями.
— А какова экономическая судьба вашего бизнеса, из которого вы сейчас вышли?
— В результате инновационной деятельности, которую я вел по научным приборам, возникли три разные фирмы приборостроительного направления. Там работают мои ученики, фирмы устойчивые, они работают уже несколько лет. Хотя теперешняя ситуация создает достаточно большие проблемы, прежде всего с комплектующими. Поэтому я стал размышлять на тему импортозамещения. И готов свою концепцию изложить.
Импортозамещение — это тоже наука
— Конечно, это интересно.
— Проблема, которую я вижу, состоит в том, что у нас импортозамещения нет. Очень много народу вокруг этого трется, скажем так, по-простому, но реальной системы нет. Где-то случайно кто-то инициативно, так сказать, преодолевая препоны, что-то делает, но в общем, конечно, никакой последовательной работы не ведется. Я даже написал свою концепцию импортозамещения.
— А в чем ее суть?
— Основное соображение состоит в том, что импортозамещение — это тоже некий научный процесс. Ведь что такое импортозамещение? Вы берете какой-то образец, о котором вы не знаете, как он производится, и пытаетесь его воспроизвести у себя и сделать что-то свое. Для того чтобы это работало, вы должны заняться наукой, которая необходима, чтобы это воспроизвести. Я называю это научным копированием. Понятно, что эта наука не дает первые в мире результаты, она дает первые в России результаты. И вы должны иметь некую инфраструктуру, которая способна воспроизвести то, что вам необходимо. То есть сначала вы должны понять, в чем этот процесс состоит, какую технологию вы хотите разрабатывать и как вы ее будете разрабатывать. Вы набираете соответствующих специалистов, которые займутся задачей запуска этой технологии, овладеют ею и начнут производство.
Но многое упирается в наличие станков и вообще соответствующего оборудования. А со станками у нас гигантская проблема, и развитие нашего станкостроения требует специально усилий. Потому что основные изделия у нас делаются на импортных станках. И конечно, без своего станочного парка мы далеко не уедем, потому что то, что сейчас закуплено, лет через пять начнет ломаться, будут у нас запчасти или не будут — непонятно.
И еще одна важная проблема, которую надо решать, — это наличие чистых материалов, которых у нас в стране практически нет.
— Для решения ваших задач или это общая проблема?
— Мы несколько раз сталкивались с тем, что нам нужна была чистая медь. Ищем, находим, что фирма поставщик пишет: «У нас такая-то чистота». Мы покупаем, начинаем в лаборатории изучать, а это грязный, ни на что совершенно не годный материал, никаких параметров не дает. Эти проблемы очень важны и повсеместны.
То есть импортозамещение — это сложная многоступенчатая система. И такую линию от образца до производства надо выстраивать в каждом случае.
Проблемы научного бизнеса и пути их решения
— А какие, кроме импортозамещения, основные проблемы научного бизнеса в России надо решить, чтобы оно успешно развивалось?
— Во-первых, как я уже в начале нашей беседы сказал, без государственной поддержки наше приборостроение не может существовать. То, что говорили в девяностые годы о том, что рынок все исправит, — это для малообразованных людей. В реальной жизни это не работает. Во-вторых, я глубоко убежден, что нужно возрождать СКБ — специальные конструкторские бюро, которые были в каждом научном институте достаточно крупном. Там были и конструкторы, и опытное производство, в котором были разные станки — такие, которые на обычном производстве, может, и не используются, а там они нужны. Это абсолютно необходимая вещь, которая позволяет развивать высокие технологии. На первом этапе результат высоких технологий — это научная установка, которая представляет собой хаос из проводов и деталей, в котором только один или два человека могут разобраться, что с чем там соединять. На основе этой установки уже создается образец научного прибора, от которого уже можно переходить к производству: штуки, объемы и так далее, и так далее. Такая структура продвижения разработок была в Советском Союзе, и она была очень мощная. И она работала. И доказала свою работоспособность. Хочу напомнить, что ФИАН, в котором мы сейчас находимся, — это родина лазеров, которые захватили весь мир. А наши российско-советские нобелевские лауреаты — Басов, Прохоров, Алферов — это люди, связанные с лазерной техникой. Три нобелевских лауреата только по лазерной технике. Могло быть еще больше, если б не было дискриминации нашей страны со стороны Нобелевского комитета.
— И в ФИАНе тоже было СКБ?
— Конечно. Сейчас его пытаются возродить. Была большая площадка выделена в Троицке, 64 гектара площадью, там занимались и ростом лазерных кристаллов, и механической обработкой. Цех был замечательный, с хорошим оборудованием, по тем временам. Сейчас все это нужно осовременить. Проблема в том, что нам нужно сейчас восстанавливать пласт сотрудников инженерно-технического направления — это высококвалифицированные инженеры и высококвалифицированные рабочие. Это важнейший момент. В советское время удалось создать такой класс рабочих, которые могут всё. В каждом институте было два-три таких человека, которые могут всё. Ему нужно дать только небольшой эскиз и рассказать, как должно работать устройство, и он через два дня принесет тебе готовую работающую машину. Таких людей нужно выращивать, лелеять и всячески привлекать и развивать. За них шла просто борьба. Но финансирование, которое сейчас практикуется в науке, является дискриминационным по отношению к таким людям. Дискриминационным, потому что все научные надбавки, все премии идут только научным сотрудникам. Инженеров тоже стало очень мало, потому что они все перешли либо в научные сотрудники, либо вообще ушли куда-то. Это нужно исправлять, потому что без этого никаких высоких технологий у нас не будет, никакого импортозамещения не будет. В импортозамещении как раз такого сорта люди особенно нужны, чтобы, посмотрев на устройство, они поняли, как оно работает, и больше им ничего не надо, они сами сделают всё, что нужно. Может быть, даже какое-то специальное ПТУ нужно создать для их подготовки.
Схема МРТ-томографа
Магнитно-резонансный томограф (МРТ) представляет собой устройство для получения послойного изображения внутренней структуры того или иного объекта. В основе его работы лежит ядерный магнитный резонанс. Принцип работы магнитно-резонансного томографа основан на измерении электромагнитного отклика атомных ядер, находящихся в сильном постоянном магнитном поле, в ответ на возбуждение их определенным сочетанием электромагнитных волн. В МРТ, который используется в медицинской диагностике, такими ядрами являются ядра водорода, присутствующие в огромном количестве в человеческом теле в составе воды и органических веществ. Аппарат регистрирует возникающее магнитное поле и на его основе формирует изображение внутренних органов человека.
МР-томограф состоит из следующих блоков: сверхпроводящий магнит, градиентные, шиммирующие и радиочастотные катушки, охлаждающая система, система приема, передачи и обработки данных, система экранирования.
Основное магнитное поле в томографе создается большой катушкой сверхпроводящего магнита. Важно, чтобы поле было однородным. Это достигается комбинацией полей основной и шиммирующей катушек.
Шиммирующая катушка — это катушка, создающая вспомогательные магнитные поля для компенсации неоднородности главного магнитного поля томографа.
Внутри сверхпроводящего магнита расположены градиентные катушки, предназначенные для создания небольших изменений главного магнитного поля. Приложенные в трех взаимно перпендикулярных направлениях, градиентные поля позволяют точно локализовать зону исследования в пространстве. Благодаря градиентным катушкам каждая точка пространства внутри магнита приобретает свое значение магнитного поля, благодаря чему, прибор знает, откуда именно приходит магнитный ответ. А управляющая консоль, градиентный усилитель и радиочастотные (РЧ) катушки позволяют регистрировать сигналы от отдельных органов.
Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl