авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 ||

«1 Направление 9. Методы исследований Солнечной системы Координаторы: М.В. Герасимов (ИКИ), Г.К. Боровин (ИПМ), В.Ф. Гальченко (ИНМИ) Направление включает 20 проектов в семи подразделах. ...»

-- [ Страница 3 ] --

Согласно Холловским измерениям, удельные сопротивления отожженных ионно легированных слоев были 0.5 Ом см. Формирование более тонких имплантированных слоев для уменьшения толщины “входного окна“ сопровождалось заметным увеличением токов утечки в детекторных структурах, что приводит к снижению эффективности их работы. Поэтому толщина p+-слоев 0.23-0.27 мкм принята оптимальной.

Была отработана технология по формированию прозрачных Al контактов к p+- слоям, омические контакты толщиной 700 нм что позволило сформировать с удельным контактным сопротивлением c 5х10-4 Ом см-2. Дальнейшее уменьшение толщины Al контактов приводило к заметному ухудшению их адгезии и увеличению удельных контактных сопротивлений за счет ухудшения растекания тока.

Отработанная технология позволила сформировать диодные структуры (Рис. 1), которые использовались как детекторы ядерных и УФ излучений. Электрические характеристики диодных структур исследовались до температур 400-5000С (Рис. 2). Диоды стабильно 3х10-3 Ом см-2 и работают с предельно низким дифференциальным сопротивлением высокими напряжениями пробоя. Такие структуры показали улучшение их характеристик в пропускном направлении при нагреве до 500оС без необратимых процессов, что подтверждает высокую работоспособность SiC приборов при повышенных рабочих температурах.

Оптимизация технологических процессов формирования “входного окна“ – более тонких ионно-легированных p-n переходов и прозрачных омических контактов, улучшило характеристики детекторных структур.

Для детекторов ядерных излучений наблюдалось увеличение эффективности собирания заряда (ССЕ) от обратного напряжения около 10% по сравнению с аналогичными структурами на базе более толстых “входных окон“. При этом в структурах с тонкими “входными окнами“ разрешение по энергии (FWHM) уменьшалось с 1.5 до 1.3% по сравнению с ранее исследуемыми детекторами. Рост рабочей температуры до 4000С детекторных структур, сформированных по оптимизированной технологии, приводил к увеличению ССЕ и уменьшению FWHM аналогично данным, полученным ранее для детекторов с более толстыми “входными окнами“.

Для детекторов УФ излучений, изготовленных по оптимизированной технологии формирования “входного окна“, спектры квантовой эффективности были аналогичны, полученным для структур с барьерами Шоттки, где потери во “входном окне“ минимальны (Рис. 3).

Рис. 3. Сравнительные спектры квантовой эффективности () от длины волны детектируемых фотонов, снятые при 300 К для детекторных структур на базе 4H-SiC с барьерами Шоттки (кривая 1) и ионно легированными алюминием p-n переходами (кривая 2).

Фототок практически отсутствует при длинах волн, больших 390 нм (h = 3.2 эВ), что соответствует ширине запрещенной зоны 4H-SiC. При 390 нм для обоих типов детекторов квантовая эффективность увеличивается благодаря непрямым оптическим переходам между валентной зоной и зоной проводимости вблизи М – точки зоны Бриллюена. Край спектра детекторов с p-n переходами более резкий, что связывается с разным поглощением света во “входном окне“ структур. В структурах с барьерами Шоттки поглощение света определяется поверхностными состояниями, в то время как в структурах с p-n переходами их влияние незначительно. При 300 нм квантовая эффективность резко возрастает и достигает максимума при 254 нм благодаря прямым оптическим переходам между валентной зоной и зоной проводимости вблизи Г – точки зоны Бриллюена. Этот спектр близок к спектру относительного воздействия на человека канцерогенного излучения, которое разрушает ДНК клетки и приводит к образованию опухолей. Если учесть, что излучение с 300 нм составляет менее 3% от общего УФ излучения, селективные (254 нм) фотоприемники на основе 4H-SiC представляют уникальную возможность для регистрации этого вида излучения. Селективные детекторы на основе ионно-легированных p-n переходов наиболее предпочтительны, поскольку имеют более острый пик квантовой эффективности и способны работать при высоких температурах. С ростом температуры таких детекторов до 4000С, где не работают структуры с барьерами Шоттки, температурная зависимость квантовой эффективности имеет тенденцию к насыщению. Для длин волн 247-254 нм квантовая эффективность практически не зависит от температуры с температурным коэффициентом квантовой эффективности менее 0.1%/ K, что наблюдалось и для структур на основе ионно легированных p-n переходов с более толстым “входным окном“.

- Разработаны и изготовлены макеты корпусов для детекторов ядерных и УФ излучений, позволяющие исследовать характеристики детекторов до 5000С. Корпуса металлические высотой 5 мм с окном диаметром 8 мм для ввода излучения. Имеет 14 выводов, что позволяет исследовать матрицы, состоящие из нескольких детекторов, включенных параллельно или последовательно. Вводы в корпус впрессованы через стекло, что обеспечивает его работоспособность до 5000С.

Проведены работы по исследованию и выбору высокотемпературных припоев, клеев и керамики для укрепления SiC матриц с детекторами в корпусах. Матрицы приклеиваются высокотемпературным клеем НС-1 на ситалловые платформы с напыленными металлическими токопроводящими шинами, на которые проводилась распайка детекторных структур. Затем эти платформы приклеивались высокотемпературным клеем в корпус и распайка на корпусные вывода осуществлялась с напыленных на ситалл токопродящих шин. Закорпусированные детекторы отданы на облучение быстрыми нейтронами с целью выявления возможностей снятия счетных характеристик при облучении в горячих точках реактора.

- Структуры 4Н-SiC с ионно-легированными алюминием p+-n переходами облучались тяжелыми ионами Xe, моделирующими воздействие тяжелоионной компоненты спектра космического излучения. Облучения ионами Хе с энергией 167 МэВ проводились при температурах 25 и 5000С в широком диапазоне флюенсов 4х109 - 7х1011 см -.

Исследовались образцы непосредственно после облучения и после последующего термического отжига при температуре 5000С в течение 30 мин. Эти процессы моделировали поведение детекторов ядерных и УФ излучений в процессе облучения их тяжелыми ионами при повышенной рабочей температуре и после дополнительного термического отжига.

Рис. 4. Спектры LCL из CVD слоя структур Рис. 5. Температурные зависимости 4Н-SiC с Al ионно-легированными p+-n структур 4Н-SiC с Al ионно-легированными переходами: (1) – исходный;

p+-n переходами, облученными ионами Хе флюенсом 1х1011 см-2 :

(2) – облученный ионами Xe флюенсом 1х1011 см-2 при 250С и при 5000С (3). (1)- при 250С и (2)- отожженных при 5000С (3)- при 5000С и (4)- отожженных при 5000С Исследовалось распределение дефектов по глубине образцов на их сколе методом (LCL) Локальной катодолюминесценции сфокусированным электронным лучом диаметром 0.5 мкм при температуре 77 К. Исследовались сравнительные электрические характеристики (вольт-амперные и вольт-емкостные) образцов исходных, облученных при разных температурах и после дополнительного термического отжига при 5000С.

Согласно расчетам по программе SRIM2008, пробег ионов Хе с энергией 167 МэВ составляет 18.24 мкм, т.е. максимум в распределении первичных радиационных дефектов располагается в чистом CVD эпитаксиальном слое толщиной 26 мкм.

Оптические исследования облученных образцов подтвердили данные об идентичной природе радиационных дефектов, полученные ранее при облучении SiC электронами, нейтронами, легкими и тяжелыми ионами. При любых температурах облучения ионами Хе был выявлен типичный для SiC, облученного различными частицами, дефектный центр с энергией 2.6 эВ, так называемый центр D1 (Рис. 4). Его концентрация была выше в образцах, облученных при 250С (Рис. 4, кривая 2). Кроме того, облучение образцов при 250С ионами Хе высокими флюенсами (выше 1х1011 см-2 ) приводило к уменьшению ширины запрещенной зоны до 2.97 эВ за счет образования дефектных уровней вблизи границ запрещенной зоны.

Из электрических характеристик было выявлено увеличение сопротивления облученных образцов с увеличением флюенсов ионов Хе за счет компенсации При облучении образцов при 250С полная компенсация проводимости CVD слоя.

проводимости (деградация приборов) наблюдалась для флюенсов 1х1011 см-2 (Рис.5, точка 5000С 1). Дополнительный отжиг облученных образцов при не приводил к восстановлению электрических характеристик (Рис.5, точка 2). Сопротивление образцов было на несколько порядков ниже в случае облучения ионами Хе аналогичным флюенсом при 5000С (Рис. 5, точка 3) за счет отжига некоторых низкотемпературных дефектных центров в процессе облучения – “динамический отжиг“. Дополнительный отжиг облученных образцов приводил к дальнейшему восстановлению электрических характеристик приборов (Ри. 5, точка 4).

Т.е. облучение SiC приборов тяжелыми ионами при повышенных рабочих температурах повышает их радиационный предел. Дополнительный термический отжиг облученных структур при 5000С приводит к дальнейшему восстановлению диодных характеристик, а значит и к дальнейшему увеличению радиационного ресурса SiC детекторов.

Публикации за 2012 г.:

1.Kalinina E, O. Konstantinov, A. Lebedev, Yu. Gol’dberg, Selective 4H-SiC UV detectors, принято для публикации в Mat. Science Forum 2013 г.

2. N. Chuchvaga, E. Bogdanova, A. Strel’chuk, E. Kalinina, D. Shustov, M. Zamoryanskaya, V.

Skuratov, Electrophysical and optical properties of 4H-SiC irradiated with Xe ions, принято для публикации в Mat. Science Forum 2013 г Конференции и доклады на конференциях I. IX-я Европейская конференция по SiC и родственным материалам.

1.Kalinina E, O. Konstantinov, A. Lebedev, Yu. Gol’dberg, Selective 4H-SiC UV detectors.

2. N. Chuchvaga, E. Bogdanova, A. Strel’chuk, E. Kalinina, D. Shustov, M. Zamoryanskaya, V.

Skuratov, Electrophysical and optical properties of 4H-SiC irradiated with Xe ions.

II. ХIV Всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто - и наноэлектронике.

Н. Чучвага, Е. Калинина, Электрофизические и оптические свойства 4H-SiC, облученного ионами Хe.

Подраздел 9.5 Наземные системы обработки и распределения научной информации Проект 9.5.1: «Создание программно-аппаратного комплекса архива научных космических данных»

Научный руководитель: д.ф.-м.н., Р.Р. Назиров (ИКИ РАН) В 2012 г. были получены следующие результаты работ по тематике проекта:

• Проведены исследования по выбору оптимальной схемы построения файлового архива научных космических данных. В качестве программной основы построения была выбрана файловая система GlusterFS, обеспечивающая сочетание надежности хранения данных с расширяемостью располагаемого объема хранения и доступностью данных для их использования как из локальной вычислительной сети ИКИ РАН, так и по сети Интернет. Для повышения надежности хранения была выбрана схема с тройным резервированием аппаратных средств архива • Создан первый программно-аппаратный узел файлового архива на базе 3 серверов с общим объемом резервированного хранения 2 Терабайта • Проведены испытания работоспособности, производительности и расширяемости построенного узла файлового архива. Получены оценки скорости записи и чтения данных и выполнения других файловых операций • Выполнено заполнение системы хранения имеющимися в ИКИ РАН научными данными завершенных космических проектов и выполняется регулярное «Плазма-Ф»

пополнение архива новыми данными эксперимента проекта «Радиоастрон». Состояние архива на 11.11.2012 показано в таблице:

Название проекта Объем данных, МБ Количество файлов 9580 Аркад Интеркосмос-Болгария 1300 5431 Прогноз 7-10 2698 Вега 1,2 456 155192 Интербол 537662 Плазма-Ф 711019 Итого • Проведены исследования по обеспечению доступа к данным, хранящимся в Архиве, с помощью сетевых протоколов rsync, NFS, CIFS/SMB, FTP и HTTP.

Показана возможность эффективного доступа к файлам, хранящимся в Архиве, с клиентских компьютеров, работающих под наиболее распространенными операционными системами: MS Windows, Mac OS, Linux • В рамках обеспечения информационной поддержки Программы «Фундаментальные проблемы исследований и освоения Солнечной системы»

создан информационный сервер программы в сети Интернет, доступный по адресу http://sse.cosmos.ru/ Публикации за 2012 г.:

Боярский М.Н., Назиров Р.Р., Шевченко М.И., «Построение архива файлов научных космических данных на основе GlusterFS», Всероссийская конференция «Инфокоммуникационные технологии в научных исследованиях», 14-16.11.2012, г.Таруса.

Подраздел 9.6: Методы обнаружения биологических и палеобиологических объектов, а также их биомаркеров Проект 9.6.1: «Разработка метода НПВО спектроскопии для астробиологических задач».

Руководитель проекта: Григорьев А.В. (ИКИ РАН) GRIRN@IKI.RSSI.RU Исполнители: Воробьёва Е.А., Шакун А.В. (ИКИ РАН), Королев Ю.Н. (МГУ) Основные задачи работы: разработка метода обнаружения биообъектов во льду и ледсодержащем инопланетном грунте.

1. Использование метода НПВО-спектроскопии для астробиологических задач было предложено нами в 2004 г. [1], [2]. При выращивании культуры непосредственно на рабочей поверхности НПВО-призмы объектом поиска и обнаружения являются сами микроорганизмы, собственное «тело клеток» in vivo, а не продукты их жизнедеятельности или результаты каких-либо воздействий на клетки. При этом признаком размножения клеток является последовательное углубление характерных полос поглощения – био абсорбций. Эти абсорбции широко используются для исследования микроорганизмов в земных лабораториях (напр., [3]), в том числе с помощью спектроскопии НПВО (напр., [4], [5]). Нами была проведена лабораторная проверка этой методики при нормальных климатических условиях [6]. На 1 приведены спектры, зарегистрированные в первый день (черная кривая), пятый день (синяя) и девятый день эксперимента (красная). Указаны характерные био-полосы.

Рис.1.

1. Бактерии размножаются на рабочей поверхности НПВО-призмы. По вертикали – отн.ед., НПВО-спектры самокалиброваны. Черная кривая – первый день, синяя – пятый день, красная – девятый день. 1 – полоса воды, а также накладывающиеся на нее белковые полосы амид-A и амид-B. 2 и 3 – полосы липидов. 4 – полоса воды, а также накладывающаяся на нее белковая полоса амид-1. 5 – белковая полоса амид-2. 6 – полоса углеводов.

Хорошо видно, что в первый день полоса амид-2 (5) полностью отсутствовала. На пятый день она уже хорошо видна, а на девятый – ярко выражена. Полоса липидов мощно развивалась, а 3 – появилась только в конце эксперимента. Полоса углеводов также заметно углубилась. Полосы 1 и 4 (они представляют собой совокупность водяных и биологических абсорбций) в эксперименте развивались разнонаправленно, что демонстрирует их меньшую пригодность для наших целей.

2. В отчетном периоде нами впервые были измерены НПВО-спектры природного образца грунта (0).

Рис. НПВО-спектр образца мерзлой осадочной породы – Восточная Сибирь, глубина 20, м, возраст ок. 30 тыс. лет Объектом послужил образец мерзлой осадочной породы, отобранный в Восточной Сибири колонковым бурением без промывки с глубины 20,3 м (возраст мерзлоты около тыс. лет). Образец оттаивали и инкубировали в течение 3 суток при комнатной температуре для активизации микробного сообщества. Хорошо видны полосы амид-1 и амид-2.

3. Второй важной задачей для отработки метода было определение минимального титра клеток, т.е. количества клеток на НПВО-призме, соответствующего единичному отношению сигнал/шум.

Объектами исследования послужили образцы мерзлых осадочных пород и культура бактерии Sphingomonas. sp.ЕК42А.

выделен из мерзлой осадочной породы Штамм Sphingomonas. sp.ЕК42А Антарктиды (Dry Valleys), отобранной с глубины 16,20 – 16,23 м. Образцы (кварц фельдшпатидовые пески, возраст 150 тыс. лет) отобраны с помощью буровой установки УКБ 12/25 колонковым способом без промывки и без добавления химических реагентов.

Для микробиологических исследований отбирали центральную часть ненарушенного мерзлого керна диаметром 50-100 мм с соблюдением строгих условий асептики. Образцы предоставлены Д.А. Гиличинским (ИФХиБПП РАН). Описание методов отбора и характеристика образцов даны в работе [7].

Для выделения микроорганизмов использовали метод прямого посева из образца на плотные питательные среды (1/2 TSA), а также метод накопительных культур:(1/2 TSB).

Образец инкубировали при температурах 20°С и 4°С в течение трёх с половиной месяцев, после чего суспензии рассевали на агаризованные среды.

Систематическое положение штамма определяли методом анализа нуклеотидных последовательностей генов 16S РНК, что включало следующие этапы: 1) Приготовление препаратов ДНК для ПЦР;

2) Амплификация генов 16S РНК;

3) Приготовление проб для проведения секвенирования;

4) Анализ нуклеотидных последовательностей генов 16S РНК. Полученные сиквенсы генов 16S РНК выровнены с помощью программы BLAST search http://www.ncbi.nlm.nih.gov/, относительно наиболее близких генов, имеющихся в Генбанке (GenBank). Филогенетическое дерево построено по результатам поиска гомологов на сервере NAST (http://greengenes.lbl.gov/cgi-bin/nph-NAST_align.cgi) с помощью программы MEGA4: Alignment Explorer методом «Минимальной эволюции».

Bacteria;

Proteobacteria;

Таксономическая принадлежность штамма ЕК42А:

Alphaproteobacteria;

Sphingomonadales;

Sphingomonadaceae;

Sphingomonas.

В структуре микробного сообщества мерзлой осадочной породы штамм занимает минорное положение.

Для построения калибровочной кривой (0) численность клеток Sphingomonas ЕК42А в суспензиях известной оптической плотности учитывали прямым методом эпифлуоресцентной микроскопии.

Рис. Калибровочная кривая для расчета тотального содержания клеток в суспензии Sphingomonas sp. EK42A После регистрации лабораторным Фурье-спектрометром АФ-3 референтного спектра чистой НПВО-призмы на её рабочую поверхность было нанесено 2,5 мкг культуры (около 100 тыс. клеток) Sphingomonas sp. 42 и после высушивания (см. 0) были зарегистрированиы информационные спектры. Деление вторых на первый даёт самокалиброванные НПВО-спектры.

Рис. Культура Sphingomonas sp. 42 (2,5 мкг) после высушивания на поверхности НПВО призмы НПВО-спектр образца, показанного на 0. Цифры 1 – 6 обозначают то же, что на 1. – полоса ДНК/РНК. 8 – полоса углеводов Сканы Фурье-спектрометра накапливались в течение 100 секунд. Отношение сигнал/шум в центре полосы углеводов 8 составило около 250. Т.о., минимально обнаружимое количество клеток при таком накоплении – около 400.

Представляется целесообразным продолжить эту работу, совершенствуя методику измерений, с целью уменьшения минимально обнаружимого количества клеток.

Дальнейшие эксперименты по выращиванию на НПВО-призме микроорганизмов в природных образцах мерзлых грунтов будут также ориентированы на количественные измерения титра обнаруживаемых клеток.

Список литературы [1] Grigoriev A., Coradini A., Korablev O. et al. Application of ATR-spectroscopy aboard landers: the MATROS experiment // 35th COSPAR Scientific Assembly. Held 18 – July 2004, in Paris, France. Paper COSPAR04-A-02655. P. 2655. Publication Date:00/ [2] Grigoriev A.V., Coradini A., Korablev O.I. et al. Implementation of the attenuated total reflection (ATR) spectroscopy aboard landers: MATROS experiment // Geophys. Res.

Abstr. 2004. EGU04-A-07577. V. 6. P. 7577.

[3] Литвинов Г.С. Инфракрасные колебательные спектры фитовирусов и их молекулярных компонентов // Биополимеры и клетка. 1991. Т. 7. № 6. С. 32 – 47.

[4] Королев Ю.Н. и Муравьева С.А. Определение оптических постоянных биосистем в ИК области с помощью метода НПВО // Журнал прикладной спектроскопии.

1975. Т. 23. № 2. С. 344 – 346.

[5] Королев Ю.Н., Эль-Регистан Г.И., Козлова А.Н. и Дуда В.И. Спектральные характеристики анабиотических цистоподобных форм Bacillus cereus // Микробиология.

1986. Т. 55. № 4. С. 652 – 655.

[6] Григорьев А.В., Королев Ю.Н., Воробьева Е.А. Применение спектроскопии НПВО для поиска внеземных микроорганизмов // X Международная научно-техническая конференция. Оптические методы исследования потоков. Москва, 23 – 26 июня 2009 г.

Труды конференции. – М.: изд. МЭИ, 2009. С. 56 – 59.

[7] Giliichinsky D.A., Wilson G.S.,... Vorobyova E.A. et al. Microbial Populations in Antarctic Permafrost // Astrobiology. 2007. Mary Inn Inc. V. 7. № 2. P. 275 – 311.

[8] Григорьев А.В., Королев Ю.Н., Воробьева Е.А. Возможности НПВО-спектроскопии в астробиологическом поиске // Доклад на Всероссийской конференции «Астробиология: от происхождения жизни на Земле к жизни во Вселенной».

Россия, г. Пущино. 16 – 19 сентября 2012. Сборник тезисов. ISBN 978-5-9903901-2-6. С.

84.

Публикации за 2012 г.:

[9] Григорьев А.В., Королев Ю.Н., Воробьева Е.А. Возможности НПВО спектроскопии в астробиологическом поиске // Доклад на Всероссийской конференции «Астробиология: от происхождения жизни на Земле к жизни во Вселенной». Россия, г.

Пущино. 16 – 19 сентября 2012. Сборник тезисов. ISBN 978-5-9903901-2-6. С. 84.

Подраздел 9.7: Устойчивость земных биоформ в космической и инопланетной среде Проект 9.7.1 «Устойчивость биоформ и биомаркеров в космической и инопланетной среде»

Научный руководитель: к.б.н., Воробьева, Е.А. ИКИ РАН, esautin@yandex.ru Исполнитель: д.ф-мат. н., Павлов А.К., ФТИ им. А.Ф. Иоффе Цель проекта (2012 г.): исследование устойчивости критериев жизнеспособности земных микроорганизмов и динамики биомаркеров в условиях, моделирующих марсианский грунт и лед (устойчивость к экстремальному воздействию температуры, радиации, окислителей в условиях низкого давления);


Результаты 1. Основным результатом работы является установленный факт, что микробные сообщества и микроорганизмы экстремальных местообитаний Земли (ксерофитная аридная почва, мерзлые осадочные породы Арктики и Антарктиды) способны без значительных потерь выдерживать условия смоделированной марсианской среды: а) ионизирующего излучения, в дозах, соответствующих 5-50 тыс. лет на поверхности Марса;

б) присутствия окислителей (перхлората до 5% вес., пероксида до 15%вес.);

в) 0,1 -50оС.

низкого давления мбар;

г) отрицательной температуры Результаты свидетельствуют, что присутствие перхлората в грунте усугубляет воздействие радиации на микроорганизмы в условиях вакуума и низкой температуры (Рис.1). Тем не менее, численность готовых к репродукции бактерии остается на высоком уровне (106 кл/г).

2. Показано, что в условиях Марса (модель) или условиях космоса (в пересчете дозы ионизирующего излучения на 50 тыс. лет) сохраняют жизнеспособность отдельные микроорганизмы (бактерии с различным типом клеточной стенки) иммобилизованные в минеральной среде (монтмориллонит). Важным результатом является доказательство устойчивости неспоровых бактерий (Kocuria rosea, Arthrobacter polychromogenes, Sphingomonas sp., Micrococcus roseus, Micrococcus luteus), наряду со спорообразующими Васillus sp., к высоким дозам радиации (1-5 Мрад). Сравнительная устойчивость некоторых исследованных штаммов бактерий к условиям Марса (модель) представлена на Рис. рис.2. Репродуктивность двух из представленных штаммов не только не ингибировалась дозой 1 кГр в вакууме при -50оС, но, напротив, возрастала.

3. Предположение о высокой концентрации окислителей в грунте Марса или нижних слоях его атмосферы не противоречит возможности адаптации и длительного выживания на Марсе микробных сообществ земного типа. Бактериальные сообщества пустынных почв и мерзлоты проявляют очень высокую устойчивость к перхлорату в концентрациях (более 10%вес.) значительно превышающих ожидаемые в грунте Марса (около 1%).

Получены результаты по устойчивости микроорганизмов in situ к градиенту концентрации перхлората натрия от 1 до 10 %вес. (Рис.3) и при культивировании в парах перекиси водорода (Рис. 4). При высоких концентрациях окислителей происходит переход части (предположительно сообщества в некультивируемое покоящееся) состояние.

Рис.3 Рис. 3. Для осуществления экспериментов по созданию условий, приближенных к условиям марсианского грунта, была проведена модернизация вакуумной камеры (рис.5) для моделирования облучения большими дозами биологических образцов в условиях низкого давления и температур. Модернизация позволила проводить облучение образцов при интенсивности поглощаемой дозы до 0.3 Мрад/час при стабильно низкой температуре около -50С, несмотря на нагрев за счет поглощаемого гамма излучения. Изменение формы, объема и материала контейнера позволило увеличить объем для размещения биологических образцов и обеспечить равномерность температуры по всем одновременно облучаемым образцам в пределах ± 5С. Важным достижением применения нового контейнера являлась возможность осуществлять добавление жидкого азота во встроенный криогенный насос не чаще одного раза в час даже при наибольшей интенсивности облучения. Давление поддерживалось менее торр.

Рис. 5. Термостатируемая вакуумная камера для облучения опытных образцов: 1 – лед (при необходимости);

– песок;

3 – термопарный датчик температуры;

4 – нагреватель;

В нашем эксперименте нагреватель был "намотан" на стакан с образцами, а термопара была размещена внутри стакана. Это давало более равномерный прогрев.

5. Проведен расчет накопления радиационных доз в грунте Марса под действием космических лучей (КЛ). Рассчитаны аккумулируемые дозы для потоков галактических и солнечных космических лучей (ГКЛ и СКЛ) при взаимодействии с различными типами грунта, возможными аналогами марсианского реголита. Расчеты выполнялись с использованием последней версии программного пакета GEANT4, разработанного в ЦЕРН.

На Марсе отсутствует магнитное поле и «тонкая» атмосфера, что приводит к высокому радиационному фону на поверхности, превышающему земной в среднем в 100 раз.. В расчетах скорости ионизации учитываются, как первичные, так и вторичные частицы, образующиеся в ядерных реакциях КЛ с ядрами атомов атмосферы и грунта Марса.


Климат и масса атмосферы современного Марса варьируются на шкале 120000 лет из-за колебаний оси вращения планеты. Основная часть атмосферного СО2 может периодически конденсироваться в полярных шапках. Это приводит к существенному падению атмосферного давления (до 0.2 мбар) и резкому повышению потока прежде всего менее энергичных солнечных космических лучей в поверхностном слое марсианского реголита на несколько тысяч лет. Поэтому мы провели также отдельное моделирование для этой ситуации. Результаты расчетов приведены на рис. 6,7.

Рис. 6 Рис. На основе проведенных расчетов были выбраны позиции и время облучения на гамма установке К 120000.

Публикации за 2012 г.:

Тезисы:

1. Чепцов В., О. Соловьева, Е.А. Воробьева. Устойчивость микробных сообществ почв к радиации и окислительному стрессу как аналитическая модель марсианского грунта. Всероссийская научная школа-конференция по астробиологии «Астробиология: от происхождения жизни к жизни во вселенной». 2012. Пущино, 16-19 сентября 2012.

Стр.176.

2. Воробьева Е.А., А.К. Павлов. Задачи астробиологического моделирования. Всероссийская научная школа-конференция по астробиологии «Астробиология: от происхождения жизни к жизни во вселенной». 2012. Пущино, 16-19 сентября 2012. Стр. 3. Павлов А.К., М.А. Вдовина, Г.И. Васильев, В.М. Остряков, Е.А. Воробьева.

Лабораторное моделирование современных условий в грунте Марса: «выживаемость»

земных микроорганизмов и «следов» возможной жизни на раннем Марсе. Всероссийская научная школа-конференция по астробиологии «Астробиология: от происхождения жизни к жизни во вселенной». 2012. Пущино, 16-19 сентября 2012.Стр.100.

4. Соина В.С., Е.А. Воробьева, Е.С. Караевская, Н.В. Чурилин, Н.С. Мергелов.

Микробные экосистемы антарктических почв и подпочвенных слоев. 1 Всероссийская научная школа-конференция по астробиологии «Астробиология: от происхождения жизни к жизни во вселенной». Пущино, 16-19 сентября 2012. Стр. Конференции: 1 Всероссийская научная школа-конференция по астробиологии «Астробиология: от происхождения жизни к жизни во вселенной». 2012. Пущино, 16- сентября 2012.

Командировки: 1 – г. Санкт-Петербург, ФТИ им. А.Ф.Иоффе Проект 9.7.2 «Изучение экзобиологического потенциала Титана и аналогичных ледяных спутников планет-гигантов»

Научный руководитель: к.х.н., М.Б. Симаков, Институт цитологии РАН Теоретические оценки говорят о том, что аккреционной энергии было вполне достаточно, чтобы повысить температуру поверхности Титана в начальный период его истории до К и более, что привело к образованию плотной атмосферы, состоящей из воды и аммиака, и глубокого океана. В это же время произошла дифференциация внутренних слоев спутника с образованием силикатного ядра и внешнего водного слоя. Оценочное время существования ювенильного океана — около 108 лет. Если жизнь возникла в это время, то вполне могла сохраниться и до наших дней. Возможные места существования биологических объектов будут обсуждаться во второй части отчета.

Один из основных вопросов — исходное состояние азота и углерода и их содержание в материале, из которого образовался спутник. Химический состав ювенильного океана зависит от процессов выщелачивания силикатных пород и контролируется кинетически и термодинамически. Растворение и окисление первичных минералов, осаждение вторичных, таких как Mg-Fe-филлосиликаты, магнетит, фосфаты, приводит к крайне восстановительному (обогащенному H2) и щелочному первичному океану.

Таблица 1. Первоначальный состав химической системы раннего Титана.

элементы количество NH4 (моль/кг) 3. Cl (моль/кг) 1. SO4 (моль/кг) 1. CH4 (бар) 5. NH3 (aq) 10. Температура (К) 273. Давление (бар) 10. pH (расчеты) 11. Для оценки внутренней химии водного океана Титана была использована FREZCHEM модель, разработанная ранее для низких температур и высоких давлений. Была рассмотрена система: Na–K–NH4–Mg–Ca–Fe(II)–Fe(III)–Al–H–Cl–ClO4–Br–SO4–NO3–OH– HCO3–CO3–CO2–O2–CH4–NH3–Si–H2O в пределах температур 173-298 K и давлений 1 1000 бар. Внутренний океан Титана был смоделирован исходя из предполагаемого первичного состава (таблица 1). В исследованных температурных границах, происходит образование и осаждение (NH4)2SO4, образование льда, клатратов метана CH4·6H2O, образование NH4Cl. Клатраты метана обладают высокой плавучестью (=0.9144 г/см3) и должны концентрироваться в верхнем слое водного океана спутника. Этот слой может представлять собой основной резервуар для пополнения запасов метана в атмосфере Титана.

Расчеты показывают, что сначала выпадает в осадок сульфат аммония (NH4)2SO4 при 273 К, затем, при 241 К, начинает образовываться ледяной слой. Столь низкая температура образования ледяного слоя является следствием большой концентрации аммония. При 226 К начинается образование клатратов метана (CH4·6H2O). Последним выпадает в осадок хлорид аммония при температуре 206 К. На протяжении всей истории водного океана, концентрация аммония должна оставаться достаточно высокой. Вне зависимости от исходного количества аммиака, NH3(aq), 0.1 или 10 моль, вероятность наличия жидкого океана внутри Титана остается. Особое внимание с точки зрения астробиологии следует обратить на величину pH океана. По нашим расчетам она составляет ~11.00. Эта величина слишком высока для возможных биохимических процессов, основанных на земной биохимии. Активность воды (aw) при большинстве возможных температур (0.72/273 К;

0.61/223 К;

0.28/173 К) находится в пределах, который используют земные организмы (0.60).

Химический состав океана мог меняться очень быстро по геологическим меркам. В процессе остывания спутника, водный океан покрывался ледяной корой.

Теоретические оценки показывают существование массивного океана жидкой воды под ледяной поверхностью Титана и в настоящее время. Экспериментальное доказательство на основе полетных данных было недавно получено космическим аппаратом Кассини.

Океан представляет собой сложную химическую систему, содержащую большое количество разнообразных соединений, как органических, так и неорганических, которые могут использоваться для поддержания биосферы внутри спутника.

Предложены несколько возможных ниш для существования биологических сообществ:

1. Верхний слой воды, где температура и давление вполне соответствуют необходимым параметрам;

2. Поверхность льда, имеющая большую поверхность;

3. Пакеты с жидкостью и сеть каналов, заполненная водой в нижнем слое льда;

4. Места криовулканической активности;

5. Пещеры в ледяном слое;

6. Трещины в ледяном слое, заполненные солевым раствором;

7. Резервуары жидкой воды, образовавшиеся после ударов метеоритов;

8. Места гидротермальной активности на дне океана.

Титан является, с точки зрения астробиологии, одним из наиболее интересных объектов Солнечной системы. Условия, существующие на спутнике, удовлетворяют необходимым критериям существования биосферы: 1) наличие жидкой воды, которая существует геологический период времени;

2) наличие широкого набора неорганических и органических веществ, необходимых для метаболизма;

3) наличие источников энергии, таких как 1. радиогенное тепло ядра;

2. приливная энергия;

3. удары метеоритов;

4.

солнечная энергия атмосферной фотохимии;

5. молнии в атмосфере;

6. космические лучи;

7. электроны планетарных магнитосфер;

8. химический потенциал окислительно восстановительных реакций.

В последующей работе планируется уделить основное внимание верхнему слою водного океана, который может содержать большое количество клатратов метана — основного источника питания для метанотрофных сообществ на Земле.

Публикации за 2012 г.:

Сдано в печать: Simakov, M.B. Astrobiology of Titan. in: Life on Earth and Planets. Cellular Origin, Life in Extreme Habitats and Astrobiology. (eds: J. Seckbach, A. Hanslmeier and S.

Kempe), Springer, 2012.

Участие в конференциях:

39th COSPAR Scientific Assembly, July 2012, Mysor, India, с устным докладом: Simakov M.B. «Titan, the early chemical evolution of internal ocean».

1-ая Всероссийская научная школа-конференция по Астробиологии «Астробиология: от происхождения жизни на Земле к жизни во Вселенной», сентябрь 2012, Пущино, Россия, с устным докладом: Симаков М.Б. «Астробиология ледяных спутников планет-гигантов».



Pages:     | 1 | 2 ||
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.