Синхротрон меняет поиск редкоземельных металлов
Ученые из Института геологии и минералогии имени В. С. Соболева и Института ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН впервые получили детальные карты распределения ниобия и редкоземельных элементов в рудах Чуктуконского месторождения в Красноярском крае. Метод, который использовали исследователи, – рентгенофлуоресцентный анализ на синхротронном источнике ВЭПП-3.
Синхротрон – это «рентгеновский микроскоп сверхвысокой яркости», который показывает местонахождение элемента внутри породы. Из множества таких снимков геологами с помощью ИИ собирается трехмерная цифровая карта месторождения, чтобы решить, как точнее и дешевле добывать и перерабатывать руду.
Недра под микроскопом
Сначала образец руды (керн) «просвечивают» тонким пучком рентгена. Он выбивает электроны из атомов, и каждый химический элемент «отвечает» своим характерным свечением. А затем по этому свечению прибор определяет, где лежит ниобий, где – неодим, а где – пустая порода. Так строят карту распределения элементов.
Раньше геолог составлял представление о таком распределении, разглядывая шлифы в микроскоп. Это было долго и не всегда точно. Теперь, по словам исследователя Ильи Прокопьева, анализ, который раньше занимал около недели, на синхротроне выполняется за несколько часов.
Чуктуконское месторождение дает прекрасный пример, позволяющий понять выгоду нового подхода. Здесь одновременно есть ниобий и редкоземельные элементы (например, неодим), но они «спрятаны» в разных минералах. Теперь, получив карту и с опорой на ее данные, можно выбрать наиболее рациональный способ добычи.
Быстрее и точнее
Развитие такого метода исследований недр стало в России приоритетным направлением. Об этом в частности свидетельствует хотя бы такой пример. В этом году был открыт Центр коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (СКИФ). Он стал первым в мире источником синхротронного излучения поколения 4+ с энергией 3 ГэВ. Ученые получили передовую инфраструктуру для самых разнообразных исследований.
«Источник синхротронного излучения, если простыми словами говорить, это инструмент, который позволяет заглянуть в структуру вещества на атомно-молекулярном уровне. Знание о строении и структуре материалов важно для того, что улучшать уже существующие материалы, и создавать новые для авиастроения и других отраслей», – подчеркнул заместитель директора по научной работе ЦКП «СКИФ» Андрей Бухтияров.
База же нового приоритета в исследовании недр, то есть алгоритмическая основа для геологического моделирования, в России разрабатывается уже несколько лет. Так, например, исследователи из НИТУ МИСИС создали программное обеспечение, которое автоматически строит трехмерную модель рудного тела с помощью нейронных сетей. При проверке точность классификации его блоков составила 97,65%.
Необходимая диагностика
Развитие цифровых методов изучения недр – непременное условие для эффективной разработки месторождений, особенно редкоземельных металлов. Пока Россия вынуждена зачастую импортировать этот важнейший для высокотехнологичной продукции вид сырья. Сегодня доля импорта составляет около 68%, а нацпроект «Новые материалы и химия» предусматривает ее снижение до 48% к 2030 году. Более точная диагностика российских руд – необходимое условие для этого.
В 2025 году семь научных организаций подписали соглашение о консорциуме по применению синхротронных методов для поиска и переработки стратегического сырья. Геологоразведка переходит от анализа отдельных образцов к комплексному цифровому моделированию месторождений, и исследование Чуктукона показывает практическую ценность высокоточной диагностики руд на этом пути.
