В Дубне начались зимние сессии программно-консультативных комитетов по основным направлениям исследований, ведущихся в Объединенном институте ядерных исследований. Первой 20 и 21 января 2014 года проведена 38-я сессия программно-консультативного комитета по физике конденсированных сред.

Напомним, что реактор ИБР-2, на котором ведутся фундаментальные и прикладные исследования в области конденсированных сред, после коренной модернизации был вновь запущен в Лаборатории нейтронной физики ОИЯИ летом 2011 года. Его часто называют «окном в наномир», но, по аналогии с фабрикой сверхтяжелых элементов, которая создается в соседней Лаборатории ядерных реакций, он получает все большее право называться настоящей фабрикой высоких технологий.

Высокие технологии были положены в основу реконструкции самого реактора и в создание его новых систем. Так, для модернизированного ИБР-2 учеными и специалистами ЛНФ ОИЯИ разработан первый в мире шариковый холодный замедлитель нейтронов, в котором используются твердые шарики замороженной смеси ароматических углеводородов – наиболее радиационно-стойких водородосодержащих веществ, к тому же хорошо термализующих нейтроны. Поток нейтронов удалось увеличить в 14 раз, что позволяет физикам существенно поднять эффективность экспериментов. В 2013 году криогенный замедлитель работал в опытном режиме, в 2014-м он вводится в постоянную эксплуатацию.

Шариковый холодный замедлитель нейтронов – это единичная технология, или она будет использоваться и в других установках?

В данный момент эта технология единичная, уникальная, в конце прошлого года мы получили три патента на разные ее элементы, – отвечает один из разработчиков начальник научно-экспериментального отдела комплекса спектрометров ЛНФ ОИЯИ Сергей Куликов. – Вышли новые статьи, и научный мир заинтересовался. Технология эта развивается, например, планируется, что проектируемый сейчас европейский источник нейтронов будет использовать такой же двухспектральный замедлитель нейтронов. Но, повторю, этот источник пока проектируется, а я в июне 2013 года делал доклад на конференции в Эдинбурге и показывал уже готовый криогенный замедлитель, показывал спектры, которые мы получили. Сейчас нас пригласили в совместную группу в МАГАТЭ, которая объединяет ученых из многих стран мира, в ближайшее время планирую провести там небольшой семинар. А в июне этого года приглашают в США с докладом на общеамериканскую конференцию по нейтронным рассеяниям. Интерес к нашей работе очень большой.

На проведение экспериментов на комплексе спектрометров ИБР-2 в 2013 году было получено порядка 200 заявок из примерно 100 научных центров 15 стран (как участниц ОИЯИ, так и других партнеров института). По итогам экспертизы было принято к реализации 177 заявок и 158 из них реализованы, порядка 90% – очень неплохой показатель. 97 заявок из 17 стран отобраны для реализации в первом полугодии 2014 года. Эти цифры приводит начальник научно-экспериментального отдела нейтронных исследований конденсированных сред ЛНФ ОИЯИ доктор физико-математических наук Денис Козленко.

Наряду с фундаментальными на комплексе спектрометров ИБР-2 ведутся прикладные разработки. К примеру, исследуются процессы заряда-разряда литиевых аккумуляторов, которые используются в электронике и различной технике (результатам этих исследований был посвящен тематический научный доклад на нынешней сессии ПКК). Интересное явление отмечено в исследованиях гидридов на материалах для водородной энергетики на основе таких металлов, как титан и молибден: оказалось, что эти материалы при охлаждении водород теряют, что может быть использовано при создании целого ряда технологий. Новые результаты получены и в исследовании магнитных эластомеров, технологически очень интересного материала, механические свойства которого можно контролировать с помощью применения внешних магнитных полей.

Еще одна интересная работа, которую я бы отметил, это исследования т.н. образцов-свидетелей, которые были проведены совместно с нашими болгарскими коллегами из Института электроники, – продолжает рассказ доктор Козленко. – Свидетели это такие образцы (они делаются из некоторых сплавов металлов), которые используются для мониторинга радиационной нагрузки на различных атомных станциях, реакторах и т.д. То есть они подвержены радиационному воздействию, и по мере накопления дефектов в них можно проанализировать, насколько критическим является состояние оборудования, как оно износилось в процессе эксплуатации. При изготовлении таких образцов-свидетелей используются методы сварки, соответственно, при этом уже сам процесс сварки вносит определенную дефектность в вещество. Поэтому была задача понять, как сварка сказывается на количестве дефектов, состоянии вещества. Были проведены анализы материалов, которые сделаны с помощью двух видов сварки, электронно-лучевой и лазерной, и оказалось, что лучше лазерная сварка – она оставляет меньше дефектов.

Несколько слов о последних наших достижениях в развитии комплекса спектрометров. Один из интересных результатов: мы, наконец, подошли к завершающей стадии развития т.н. нейтронной радиографии и томографии. Это такой метод неразрушающего контроля, который позволяет за счет высокой проникающей способности нейтронов восстановить внутреннюю форму изучаемого объекта, не разрушая его. При этом нейтроны работают как фотоаппарат, но с помощью света мы видим лишь то, что отражается на поверхности, а нейтроны проникают в вещество, и мы можем смотреть, что там внутри, как вещество или какой-то объект устроены, понять, из чего они состоят. Это очень актуально для исследования объектов культурного и природного наследия, например, каких-то ископаемых образцов, скажем, аммонитов, которые уже стали экспонатами – их нельзя распилить, чтобы посмотреть, как они внутри устроены. Поставив эти объекты на нейтронный пучок, можно увидеть, как реально они организованы внутри. И мы получили уже первый результат томографии – трехмерную реконструкцию того, как устроен объект. Здесь мы находимся на хорошем уровне, вполне сопоставимом с другими научными центрами. Несмотря на то, что у нас еще мало опыта в этом направлении, мы уже достаточно серьезно нагоняем другие научные центры.

Большой прогресс достигнут при развитии установки по исследованиям при высоких давлениях – это тоже одно из наших перспективных направлений, где мы являемся лидерами среди мировых центров. Как известно, за счет воздействия высоких давлений можно попытаться получить материалы, которые не существуют на земле и имеют какие-то особые, необычные свойства. Недавно в нашей лаборатории сделан новый дифрактометр ДН-6, и мы начинаем работу с камерами высокого давления с алмазными наковальнями. Они имеют лучшие характеристики и позволяют нам существенно продвинуться в диапазоне внешнего давления, которое можно прикладывать, – примерно на порядок. Я думаю, в перспективе мы выйдем на диапазон примерно в полмегабара, т.е. в полмиллиона атмосфер, – можно будет сжимать вещество и смотреть, как меняется его структура, магнитные свойства и т.д.

На сессии ПКК по физике конденсированных сред заслушан ряд научных докладов, проведена общая дискуссия и приняты рекомендации к предстоящей сессии Ученого совета ОИЯИ.

В экспериментальном зале на ИБР-2.

Денис Козленко