Николай Петрович, чем алмазы Попигайского кратера отличаются от ювелирных?
Николай Похиленко: Попигайский кратер, который находится в тысяче километров восточнее Норильска, изучался в 1970-е годы. Импактные алмазы в нем были впервые обнаружены ленинградскими геологами под руководством профессора Масайтиса, в 70-80-е там работал сотрудник нашего института Сергей Вишневский, много лет кратер исследовала Полярная экспедиция красноярских геологов. Кратер диаметром сто километров образовался много миллионов лет назад, когда семикилометровый астероид со скоростью 30 километров в секунду врезался в земные кристаллические породы, содержащие графит. Удар примерно на секунду создал температуру в три-четыре тысячи градусов и давление в 1,5 миллиона атмосфер. И в этих условиях кристаллы графита перешли в новую модификацию углерода: это смесь обычного кубического алмаза и лонсдейлита, структура которого более плотная, чем у алмаза. Размер кристаллитов, слагающих крупные зерна "импактных алмазов", очень маленький - сотни нанометров. Кстати, их находят не только в кратере, но и в радиусе 500 километров от него, - при взрыве они разлетелись. Еще не зная их происхождения, эти находки в 60-е годы назвали якутитами.
Почему это месторождение было засекречено?
Николай Похиленко: Импактные алмазы никто специально не засекречивал. В СССР абсолютно все результаты работ по поиску алмазов были закрытыми. В 2000-е же годы грифы секретности были сняты.
Получается, в СССР просто не нашли применения импактным алмазам?
Николай Похиленко: Первые испытания этих алмазов были проведены в 70-е, и уже тогда было установлено, что их абразивная способность в 1,7-1,9 раза выше, чем у природных и, тем более, у синтетических алмазов. Кроме того, изготовленное из них кольцевое сверло оказалось в пятнадцать раз эффективнее, чем такое же сверло из синтетических алмазов. Но тогда это почему-то не произвело особого впечатления, работы были приостановлены, финансирование прекращено. С конца 80-х и до последнего времени импактитами практически никто не занимался - за исключением небольших проектов ЦНИГРИ в начале 2000-х и работ нашего института.
У нас в институте были пробы этого материала, в том числе крупный, примерно сантиметровый, якутит. Чтобы изучить его свойства с помощью электронного микроскопа, мы хотели его распилить - и, к своему удивлению, не смогли. Пытались приполировать площадку - и это стоило очень больших трудов. Шлифовальные алмазные круги портятся, а ему - хоть бы что.
Изучая этот образец в лабораториях разных стран, мы получили очень интересные данные о его структуре и свойствах. И это заставило нас думать, что данное сырье можно чрезвычайно эффективно использовать в инструментальной промышленности, делая инструменты для бурения, шлифовки, полировки различных материалов, в том числе сверхтвердых. Спектр применения технических алмазов очень широк: к примеру, взлетно-посадочная полоса для "Шаттла" полировалась алмазными инструментами.
Пару лет назад в Хьюстоне я встречался с представителями крупной международной компании "Бейкер Хьюз". Она занимается бурением скважин, и для них очень важно сократить количество подъемов и спусков установок - нужно, чтобы инструмент работал как можно дольше. И когда я заговорил с ними об импактных алмазах, они сказали: "Ник, если их абразивная способность хотя бы на двадцать процентов выше, чем у природных, это будет революция в буровой и инструментальной промышленности".
Это и породило нашу инициативу - получить реальные данные об абразивной способности данного материала. Воздействуя на корундовую пластинку порошками из природных и импактных алмазов, мы убедились, что абразивная способность нашего материала не на двадцать процентов, а в 1,8-2,4 раза выше. Эти результаты были получены в Институте сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины в Киеве. "Бейкер Хьюз" это чрезвычайно заинтересовало, они уже предложили нам сотрудничество в технологических испытаниях - обсуждается программа таких работ.
Кроме того, этими алмазами интересуется индустриальное отделение корпорации "Де Бирс" - "Элемент шесть", где также хотели бы делать из них инструменты для обработки различных материалов. Наконец, буквально на днях нам пришло предложение из Бельгии от одной из инструментальных компаний - они готовы брать у нас порции этого материала и проводить испытания, чтобы потом войти в долю при создании конечных изделий.
Надо отметить, что в мире большой дефицит природных технических алмазов. Масштабы мировой добычи - около 120 миллионов каратов в год. Половина из них - ювелирные, да и из технических примерно сорок процентов идет в огранку - в странах Азии из них выпускают дешевые ювелирные изделия. Реально в техническую промышленность идет менее сорока миллионов каратов в год, и это очень мало. Для сравнения: только Китай в прошлом году выпустил семь миллиардов (!) каратов синтетических алмазов, и все они пошли в дело.
При этом качество синтетических алмазов проигрывает качеству природных: при нагревании они крошатся из-за наличия включений металла. Кроме того, у микронных кусочков синтетических алмазов острые края, они царапают обрабатываемую поверхность, при увеличении в двадцать тысяч раз эти царапины видны. А импактные алмазы Попигайского кратера - чешуйчатые по форме, это пластинки, которые, полируя материал, дают идеально гладкую поверхность. Если же говорить об объемах сырья, то это многие триллионы каратов. Только поставленных на баланс в кратере - более 150 миллиардов. Такое количество на десять лет вперед покрывает мировую потребность в технических алмазах, а ведь это - лишь участок кратера, размером всего в полпроцента от общей площади.
Возможно ли еще как-то использовать данное сырье?
Николай Похиленко: Честно говоря, мы этого пока не знаем. Кроме абразивной способности, у импактитов масса других интересных свойств, которые еще предстоит изучить. На днях со мной связался член-корреспондент РАН Александр Каминский, главный специалист в России по физическим свойствам кристаллов. Он предполагает, что импактные алмазы могут иметь много еще не выявленных свойств. К примеру, их можно использовать в качестве люминофора - у них очень высокая люминесцентная светимость.
Но, говоря об освоении Попигайского кратера, хотелось бы обратить внимание на одно обстоятельство - еще более важное, чем импактные алмазы. Дело в том, что на расстоянии менее 250 километров от кратера находится уникальное Томторское месторождение редких и редкоземельных металлов, которое нужно разрабатывать в первую очередь. Попигай и Томтор идеально подходят для создания промышленно-добывающего кластера, который даст мощный импульс развитию экономики страны.
Почему это важнее алмазов? Известно, что правительством России объявлена программа модернизации промышленности. А модернизировать промышленность без редких и редкоземельных металлов - все равно, что печь хлеб без муки. Без этого сырья невозможно развитие таких отраслей как электроника, авиация, автомобилестроение, скоростной транспорт, энергетика.
Возьмем, к примеру, скоростной транспорт - если вы добавите в сталь редкий металл ниобий - достаточно всего триста граммов на тонну - то коэффициент термического расширения стали существенно снизится. И можно будет делать бесшовные рельсы, по которым состав движется в 2-2,5 раза быстрее. Если вы добавите тот же ниобий в материалы для строительства зданий, то эти конструкции будут в два раза легче, а прослужат - в пять раз дольше, потому что не подвержены коррозии.
Другой редкий металл - скандий. Если вы добавите всего три килограмма скандия на тонну алюминия, то последний не будет окисляться, его можно будет варить обычной сваркой, а не аргоновой. Это даст возможность не клепать самолеты, а перейти на бесклепочное производство. Если же добавить в этот алюминий еще и немного иттрия, у него резко повысится проводимость, что очень важно для энергетики. Провод, который не окисляется, может быть в два раза тоньше и передавать ток с меньшими потерями, чем сейчас.
В автомобилестроении - важен карданный вал у грузовиков: если добавить в материал ниобий, будет служить в три раза дольше, а весить в 2,5 раза легче. В авиационной промышленности - в одном истребителе пятого поколения сотни килограммов редких металлов. Без этих материалов немыслима ни одна современная технология. При этом в России - колоссальные запасы этого сырья, но практически нулевая промышленность его добычи и переработки.
Томторское месторождение в Якутии содержит уникальнейшие запасы, там можно добывать десять редких элементов: лантан, церий, ниобий (63 килограмма на тонну руды), скандий, самарий, иттрий и другие. В тонне руды - девяносто килограммов редкоземельных металлов, и семьдесят процентов объема руды можно использовать, отходы составляют всего тридцать процентов. Ценного сырья в каждой тонне - на десять тысяч долларов, запасы только одного разведанного участка месторождения, сравнительно небольшого, оцениваются почти в 300 миллиардов долларов.
Но, кроме экономической, важна и геополитическая составляющая: России уже ставят в упрек, что она не осваивает северные территории, на международном уровне уже высказывались предложения отдать их в распоряжение мирового сообщества. Разрабатывая Томторское месторождение, которое находится гораздо восточнее Норильска, в арктической зоне, мы дадим миру понять, что эти упреки беспочвенны. Государству следует сделать первые шаги, создав инфраструктуру: нужен вахтовый поселок в устье реки примерно посередине между Попигайским кратером и Томторским месторождением; нужна небольшая плавучая атомная электростанция, которая обеспечила бы этот поселок, а затем и рудники энергией. И тогда добывающим компаниям можно строить свои рудники и вести добычу.