Алмазы, «БАРС» и пуансоны: монолог студента НГУ, который выращивает кристаллы

Иван Грязнов — студент 2 курса магистратуры НГУ направления «Геология». Он работает инженером-исследователем в Институте геологии и минералогии имени В. С. Соболева СО РАН. Геохимик рассказал «Воде», как создавать и плавить кристаллы, зачем этим занимаются ученые и какую машину стоит купить, чтобы вырастить настоящий алмаз.

Я местный, из Академгородка. Достаточно серьезно увлекаюсь баскетболом, и на одном матче, когда играл за ФМШ, меня впечатлило, как на ГГФ болеют. Стал интересоваться, что это за факультет. Потом понял, что те предметы, которые мне нравились в школе, совпадают с предметами на ГГФ.

Первые четыре года я изучал минеральный состав пород. По окончании бакалавриата решил поменять направление — я геохимик. Лаборатория Института геологии и минералогии искала студента. С этого момента я стал инженером-исследователем, у меня больше регалий и больше ответственности. Я отвечаю, например, за алмазы. Если они вдруг пропадут, вопросы возникнут ко мне, потому что их передает нам одна крупная компания, которая их находит. Она отдает алмазы в науку, чтобы потом работникам этой компании было проще искать камни.

В нашей лаборатории мы занимаемся тем, что пытаемся понять условия и параметры, при которых образовывались, к примеру, те же алмазы. Глубже двенадцати километров под землю человек не может пробиться. Сейчас для этого не существует таких технологий. Поэтому мы изучаем все, что выносится на поверхность. Алмазы у нас с глубин более 200 километров, магма подхватывает их и тащит наверх. Тут-то мы их и достаем.

Я выращиваю кристаллы, но сейчас моя деятельность направлена больше на плавку и растворение. Мы подбираем условия, при которых они растворяются, условия те же, что были в недрах и глубинах, где, как мы считаем, образовывался кристалл. Если он начинает плавиться, значит, мы угадали условия и фиксируем, что именно этот алмаз появился при данных параметрах.

В то же время наша лаборатория занимается выращиванием кристаллов в большом количестве. Рост кристаллов похож на процесс плавления. Мы работаем на разрезной сфере «БАРС». В ней есть специальная ячейка высокого давления, в которую вначале засыпается, допустим, порошок. В этом случае мы рассматриваем систему Fe-Ni-S (железо, никель и сера). Чтобы происходил рост, добавляется углерод. Когда на графит нагнетают давление и температуру, происходит смена структурной решетки, и графит переходит в алмаз. Ровно точно так же он и разрушается.

У нас есть небольшая втулка, в которую мы закидываем порошок. Потом собираем ячейку высокого давления — она как параллелепипед со срезанными краями. Далее мы идем к аппарату, ставим эту втулку в центр. Со всех сторон ее окружают пуансоны — многогранники, которые на нее давят. Полусфера закрывается, и мы начинаем загонять в нее масло. Масло давит на чехол, чехол — на пуансоны, пуансоны — на центральную ячейку. За счет этого увеличивается давление. Внутри ячейки около порошка находится что-то типа нагревателя, как обычная конфорка. Туда мы подаем ток и высчитываем температуру за счет силы тока, напряжения и количества импульсов. Те параметры, которые мы планируем, достигаем, останавливаем процесс и держим ячейку в тех же условиях. Через неделю мы уменьшаем давление. Все это остывает, мы разбираем аппарат, достаем ячейку, смотрим — если все удачно, обычно образуется кристалл.

Все охлаждается с помощью воды. Вода действует по замкнутому циклу. Если она попадет в масло, то это будет кавардак, а если на электричество, то тем более. У нас летом была авария — залили мы там все хорошо маслом. Литров пятнадцать летело во все стороны.

Как я говорил, до растворения кристаллов в бакалавриате занимался описанием минералогии образцов. У меня были образцы с глубин 120—150 километров: альнеиты, отобранные рядом с Австралией, на Соломоновых Островах. Мне привезли их коллеги из Японии, и моя задача в бакалаврской работе состояла в описании всей минералогии и попытке воспроизвести условия, в которых минералы образовались.

Работа в лаборатории направлена на мелкую моторику, она неторопливая, быстро ее не покажешь. Собрать ячейку — вроде бы немного элементов, но надо все ровно пинцетом поставить. Если она треснет, ты расстроишься, сядешь и сделаешь это заново.

Материал подготовил: Артем Васильев

Фото: автора