​Ученые Томского политехнического университета предложили новый метод определения радиационной стойкости материалов с помощью пучков ускоренных атомов. Имитационное облучение такими пучками повторяет воздействие нейтронного излучения ядерного реактора на материал за минимальное время, что позволяет с большей достоверностью предсказать, насколько материал устойчив к радиации. Разработанный инструмент не имеет аналогов в мире.
 
Результаты исследования научная группа представила на VII Международном конгрессе «Потоки энергии и радиационные эффекты» (EFRE-2020), который проходит в Томске.
 
Условия, в которых находятся конструкционные элементы ядерного реактора, очень жесткие. За жизненный цикл каждый атом кристаллической решетки материалов этих элементов подвергается до 100-200 воздействиям (смещениям). При этом они меняют свое положение, вследствие чего происходит радиационное повреждение конструкций.
 
Одна из важных проблем радиационного материаловедения — повышение устойчивости материалов: они не должны существенно менять свои свойства за все время использования в реакторе. При низкой радиационной стойкости конструкционных элементов реактора, прежде всего тепловыделяющих элементов, может произойти их деформация, потеря управляемости развития ядерной реакции и даже взрыв реактора.
 
Ученые проводят исследования материалов, помещая их в камеру облучения нейтронами около ядерного реактора и отслеживая появление изменений. В этом случае на исследования уходит несколько лет, и это не очень удобно для оперативной разработки новых материалов и технологий.
 
«Сейчас вместо нейтронного облучения используют имитационное облучение пучками заряженных частиц. Оно воссоздает те же условия, что и в ядерном реакторе, то же количество радиационных повреждений, однако радиационную нагрузку, которую получает материал в ядерном реакторе, получается набрать за несколько часов вместо нескольких лет», — говорит профессор отделения материаловедения ТПУ Александр Пушкарев.
 
На практике для имитационного облучения сейчас применяют два инструмента: электронные пучки и ионные пучки. Однако механизмы формирования радиационных дефектов при облучении пучками заряженных частиц и нейтронами значительно отличаются. Это снижает достоверность результатов исследований радиационной стойкости материалов.
 
Ученые ТПУ предложили новый инструмент — пучки ускоренных атомов. Их формирование происходит с помощью генератора мощных ионных пучков, разработанного профессором Геннадием Ремневым. Сначала формируется пучок ускоренных ионов, затем идет процесс их перезарядки и образования ускоренных атомов. Ускоренные атомы с энергией в сотни килоэлектронвольт используются для облучения материалов.
 
«Для радиационного материаловедения это уникальный инструмент. Он позволяет быстро набрать дозу, аналогичную дозе облучения в ядерном реакторе, и затратить на формирование дефектов значительно меньше энергии. Кроме того, механизмы формирования радиационных дефектов в металлах при облучении ускоренными атомами и нейтронами очень близки. Это позволяет повысить достоверность исследований», — говорит Александр Пушкарев.
 
Исследования ведут профессор отделения материаловедения ТПУ Александр Пушкарев, аспирант отделения материаловедения Артем Прима и доцент Инженерной школы энергетики ТПУ Юлия Егорова, а также ученые из Даляньского политехнического университета (Китай).
 
В перспективе ученые планируют провести исследования по генерации нейтронных пучков не в ядерном реакторе, а с помощью разработанного генератора пучков ускоренных атомов, что позволит повысить интенсивность нейтронного пучка и снизить габариты генератора. В дальнейшем эти нейтронные пучки можно будет применять в медицине, радиационном материаловедении и других направлениях.
Фото: ускоритель ТЕМП-4.

Похожие новости

  • 28/10/2019

    Эксперимент на синхротроне поможет улучшить арсенид галлиевые сенсоры

    ​Радиофизик Анастасия Лозинская провела эксперимент на синхротроне Diamond Light Source в лаборатории Резерфорда — Эплтона в Великобритании. Она облучала пучком синхротронного излучения сенсор на основе арсенида галлия, компенсированного хромом (HR GaAs:Cr), созданный в ТГУ.
    521
  • 12/10/2016

    Томские ученые испытывают новые стекла для космических спутников

    ​Сотрудники НИИ ПММ ТГУ проводят испытания покрытий, созданных для защиты иллюминаторов, линз и зеркал космических аппаратов от эрозии. При помощи легкогазовой баллистической установки экспериментальные образцы обстреливают микрочастицами порошка железа со скоростью 5-8 километров в секунду.
    2542
  • 31/05/2018

    ​Ученые ТПУ улучшат разрешение оптических микроскопов

    ​Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Бангорского университета (Великобритания) предложили способ улучшить разрешение оптических микроскопов, работающих в режиме «на отражение», то есть способных визуализировать материалы, не пропускающие свет.
    765
  • 20/08/2019

    Физики из Франции, США и РФ изучат формирование и спектры озона

    Команда физиков из Франции, США, и России (Томск, ТГУ) исследует механизмы формирования и распада озона (O3), его характеристики и свойства на молекулярном уровне при взаимодействии с радиацией. Полученные результаты помогут осуществлять контроль качества озонового слоя, который участвует в формировании атмосферы и климата Земли, влияет на качество воздуха, охраняет планету от жесткого ультрафиолетового излучения.
    546
  • 11/04/2017

    Томские ученые в ЦЕРНе сузили зону поиска частицы-посредника между видимой и невидимой Вселенной

    ​Ученым Физико-технического института Томского политехнического университета и их коллегам из Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) за год удалось примерно на 25% сузить зону поиска темного фотона — частицы-посредника между видимым миром и темной материей — невидимой частью нашей Вселенной, влияющей на движение звезд и галактик.
    1748
  • 13/09/2018

    Физики научились следить за пучками частиц, не замедляя их

    ​Международный коллектив ученых, в который вошли исследователи из Томского политехнического университета, добился прямого наблюдения так называемого дифракционного излучения Вавилова — Черенкова в видимом диапазоне.
    970
  • 29/06/2018

    Как ученые ТПУ помогают искать жизнь во Вселенной

    ​Исследование межзвездной среды, поиск экзопланет, изучение Солнечной системы - все это происходит в основном в лабораториях, где обрабатываются данные с межпланетных космических станций или мощных телескопов.
    1015
  • 08/05/2019

    Ученые ТПУ и Италии исследуют новые композитные материалы на основе сахарного тростника

    ​Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Италии, Канады и Германии изучили теплофизические характеристики образцов новых композиционных материалов из органических волокон на основе сахарного тростника.
    808
  • 11/10/2016

    Алмазы, выращиваемые в ТПУ, могут быть использованы для Большого адронного коллайдера

    ​Ученые лондонского университета Роял Холлоуэй (Royal Holloway, University of London, RHUL) предложили разработать новые датчики для Большого адронного коллайдера на основе тонких алмазных пленок, выращиваемых в Томском политехническом университете.
    2328
  • 25/10/2016

    Томский аспирант улучшит диагностику мощнейшего в мире синхротрона

    ​Аспирант Физико-технического института Томского политеха Артем Новокшонов вместе с учеными Научной Лаборатории DESY (Германия) работает над улучшением и тестированием новых методик диагностики электронного пучка синхротрона PETRA III - одного из мощнейших источников синхротронного и рентгеновского излучения в мире.
    2042