Специалисты Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН разработали технологию оптической диагностики поверхности металла, которая позволяет в реальном времени наблюдать процесс растрескивания вольфрама в результате мощного импульсного нагрева. Метод помогает прогнозировать реакцию этого материала при тепловой нагрузке на первую стенку вакуумной камеры термоядерного реактора ИТЭР. Результаты опубликованы в журнале Physica Scripta. 

Благодаря применению методики, которая дает возможность изучать динамику импульсного воздействия (теплового удара и растрескивания материала), ученые ИЯФ СО РАН получили принципиально новые данные о поведении материалов в экстремальных условиях. Экспериментально обнаруженная задержка между воздействием на вольфрам и реакцией на него может изменить представления о механизмах хрупкого разрушения твердых тел.

Традиционные способы анализа применяются уже после теплового воздействия, и поэтому дают только косвенное представление о том, что происходило с металлом во время импульсного нагрева. В этом случае ученые вынуждены восстанавливать ход событий по следам разрушений, оставшимся на поверхности материала. Новый метод, разработанный сотрудниками ИЯФ СО РАН, позволяет проводить диагностику в реальном времени.

«На нашем экспериментальном стенде BETA (Beam of Electron for material Test Applications) комплекса ГОЛ-3 мы развиваем in situ (лат. «на месте») оптические диагностики, — рассказывает аспирант НГУ, старший лаборант ИЯФ СО РАН Александр Васильев. — Для создания теплового удара мы используем мощный пучок электронов: он дает относительно мало фонового света, который обычно мешает в таких диагностиках. При этом мы отслеживаем состояние поверхности по структуре её теплового свечения и рассеяния на ней излучения диагностического лазера. Сочетание метода импульсного нагрева и разработанных нами диагностик позволяет в реальном времени наблюдать модификацию поверхности. Нам удалось выяснить, что при равномерном нагреве, на ней могут образовываться горячие области с повышенной деформацией».

 

Трещины после теплового удара 

 

По словам Александра Васильева, процесс растрескивания, как показали эксперименты, проходит намного сложнее, чем предполагалось ранее. Оказалось, что трещины могут появляться не во время теплового воздействия, а с неожиданно большой задержкой после него. «При длительности импульса нагрева менее одной тысячной секунды, за которую вольфрам успевает нагреться на несколько тысяч градусов, мы наблюдали образование трещин через несколько секунд после воздействия, когда материал уже остыл до комнатной температуры», — отметил ученый.

Множество лабораторий по всему миру занимаются исследованиями воздействия мощных потоков плазмы на материалы. Устойчивость материалов первой стенки вакуумной камеры — это одна из ключевых проблем при создании источника энергии на основе управляемого термоядерного синтеза. Ожидается, что температура плазмы в токамаке ИТЭР составит 150 млн градусов, в спокойном состоянии она удерживается магнитным полем и с поверхностью не соприкасается, но реактор предположительно будет работать в режиме, при котором неизбежны неконтролируемые выбросы плазмы.

Сейчас наиболее подходящим материалом для термоядерного реактора считается вольфрам — металл, устойчивый к термическим и радиационным нагрузкам. Во время импульсного нагрева материал сильно расширяется, а затем при охлаждении сжимается и трескается. Тепловой удар опасен тем, что, имея очень большую мощность, он наиболее интенсивно разрушает поверхность. Новая технология позволяет ученым прогнозировать поведение вольфрама при таких нагрузках: используемый в экспериментах пучок имеет параметры, сходные с предполагаемыми импульсами плазмы в реакторе ИТЭР (длительность — до 300 микросекунд, мощность — 10 ГВт/м2).

Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 17-79-20203. 

Источник, фото: пресс-служба ИЯФ СО РАН

Источники

Смоделировано поведение металла в термоядерном реакторе
Новости@Rambler.ru, 11/04/2018
Смоделировано поведение металла в термоядерном реакторе
Индикатор (indicator.ru), 11/04/2018
Новосибирские ученые смоделировали поведение вольфрама в термоядерном реакторе
ИА МАНГАЗЕЯ (mngz.ru), 11/04/2018
Новосибирские ученые смоделировали поведение вольфрама в термоядерном реакторе
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 11/04/2018
Новосибирские физики получили данные о том, как могут вести себя стенки термоядерного реактора при внезапном выбросе плазмы
Новосибирские новости (nscn.ru), 11/04/2018
Ученые смоделировали поведение вольфрама в термоядерном реакторе
Федеральное агентство научных организаций (fano.gov.ru), 11/04/2018
Сибирские ученые смоделировали поведение вольфрама в термоядерном реакторе
Наука в Сибири (sbras.info), 11/04/2018
Сибирские ученые смоделировали реакцию металла на тепловой удар в реакторе ИТЭР
РИА Новости # Все новости (Закрытая лента), 11/04/2018
Ученые Института ядерной физики им. Будкера смоделировали поведение вольфрама в термоядерном реакторе
Российское атомное сообщество (atomic-energy.ru), 11/04/2018
Российские ученые смоделировали поведение вольфрама в термоядерном реакторе
Pcnews.ru, 11/04/2018
Российские ученые смоделировали поведение вольфрама в термоядерном реакторе
SMIonline (so-l.ru), 11/04/2018
Российские ученые смоделировали поведение металла в термоядерном реакторе
Российское атомное сообщество (atomic-energy.ru), 16/04/2018
Вольфрам испытали на готовность к термоядерным реакторам
Wi-Fi.ru Санкт-Петербург (spb.wi-fi.ru), 18/04/2018
Вольфрам испытали на готовность к термоядерным реакторам
Wi-fi.ru, 18/04/2018
Вольфрам испытали на готовность к термоядерным реакторам
Чердак (chrdk.ru), 18/04/2018
Ученые ИЯФ СО РАН смоделировали поведение вольфрама в термоядерном реакторе
Научная Россия (scientificrussia.ru), 06/05/2018

Похожие новости

  • 23/10/2017

    Приборы и технологии ИЯФ СО РАН под землей и в космосе

    ​Может ли хорошее финансирование способствовать развитию научного потенциала института? Вопрос, конечно, риторический. Практика показывает: комплексный подход помогает не только продвинуться в исследованиях, но и повысить эффективность работы всей организации, в том числе ликвидировать существующие дисбалансы.
    518
  • 01/09/2016

    Сергей Турицин: нам вполне по силам быть среди мировых лидеров

    Фотоника как направление специализации появилось в НГУ относительно недавно - с созданием Лаборатории нелинейной фотоники в 2010 г. в рамках мегагранта Правительства РФ. Возглавил лабораторию выпускник Физического факультета НГУ, профессор Сергей Константинович Турицын, директор Института фотоники Университета Астон (Великобритания), который является международно признанным исследовательским центром в сфере фотонных технологий.
    1730
  • 28/12/2016

    Усовершенствованный новосибирский коллайдер даст шанс увидеть следы новой физики

    Почему коллайдер – это одновременно и паровоз, и микроскоп, где в России работают коллайдеры и дадут ли они толчок к новой физике, изменив Стандартную модель, в материале Indicator.Ru. В конце 2015 года в Институте ядерной физики им.
    1412
  • 12/11/2015

    Странное очарование кварков

    ​В рамках проекта "Инновации: достижения и проблемы" газета "Честное слово" продолжает цикл публикаций о проблемах развития инновационных проектов. Сегодня мы расскажем о новых инновационных разработках Института ядерной физики СО РАН.
    1704
  • 20/06/2016

    Учёные из Новосибирска и Самары создали элементы для управления терагерцовым излучением

    Коллективом авторов из Новосибирского государственного университета, Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ) и Самарского национального исследовательского университета имени академика С.
    1460
  • 14/04/2017

    На коллайдер SuperKEKb в Японии установили детектор Belle II с российским оборудованием

    В ускорительном центре КЕК (Цукуба, Япония) завершена установка детектора Belle II в место встречи пучков коллайдера SuperKEKB, сообщает пресс-служба КЕК. Общий вес детектора превышает 1400 тонн. Одна из его ключевых систем – 40-тонный электромагнитный калориметр на основе кристаллов йодистого цезия – был создан и разработан при определяющем участии Института ядерной физики им.
    860
  • 28/04/2018

    Внутренний огонь физика Будкера: 100 лет со дня рождения основателя Института ядерной физики СО РАН

    ​​1 мая исполняется 100 лет со дня рождения основателя Института ядерной физики Сибирского отделения РАН Андрея Будкера. Андрей Будкер - крупный теоретик, "релятивистский инженер", пионер коллайдеров на встречных пучках заряженных частиц.
    420
  • 19/05/2017

    Энергия молодости как движущая сила науки

    Так же, как российское могущество прирастает Сибирью, могущество Сибирского отделения прирастает молодыми учеными. Они приходят в науку разными путями, но затем все эти тропинки сливаются в одну дорогу, ведущую в будущее.
    1073
  • 25/05/2017

    Большой адронный коллайдер возобновил сбор данных

    На Большом адронном коллайдере (БАК) закончились технические работы и модернизация — он возобновил сбор данных, в трех экспериментах на коллайдере участвуют исследователи НГУ и ИЯФ СО РАН. Планируемая остановка на технические работы на БАК случается в начале каждого года.
    1000
  • 10/10/2017

    Молодежная конференция «Оптические и информационные технологии» прошла в новосибирском Академгородке

    ​​​Традиционная молодёжная конкурс-конференция «Оптические и информационные технологии» прошла с 25 по 27 сентября 2017 года в новосибирском Академгородке. Её организовали совместно Институт автоматики и электрометрии (ИАиЭ) СО РАН и Новосибирский государственный университет (НГУ) (при финансовой поддержке Российского научного фонда).
    757