​Современные технологии требуют новых материалов, все более усовершенствованных, мультифункциональных, с теми или иными ярко выраженными свойствами. Специалисты Института химии твердого тела и механохимии СО РАН (ИХТТМ СО РАН) совместно с Институтом ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) занимаются разработкой технологии создания высокотемпературных композиционных материалов из боридов вольфрама и молибдена для атомной энергетики, а именно для контейнеров, транспортирующих радиоактивные отходы.

Задача исследователей – создание материала, который одновременно будет ослаблять гамма- и нейтронное излучения, выдерживать высокие температуры и обладать достаточными прочностными характеристиками. Полученные образцы материала можно наносить на поверхность по принципу краскопульта, напыляющего краску. Результаты опубликованы в Известиях РАН.

Сегодня многим отраслям промышленности, наукоемким производствам требуются материалы, обладающие новыми качественными характеристиками, комбинирующие в себе несколько свойств – повышенную прочность, высокую теплопроводность, термостойкость и др. Именно поэтому развитию технологий создания новых материалов уделяется повышенное внимание. Композиционные, полимерные, наноуглеродные материалы и керамика с высокими качественными характеристиками могут дать сильный импульс развития промышленности, медицины, сфере информационных технологий и многим другим областям, напрямую влияющим на качество жизни человека.

 
Например, в атомной энергетике в связи с увеличением количества радиоактивных отходов, которые образуются в результате переработки отработанного ядерного топлива, остро встала проблема модернизации контейнеров для их транспортировки и хранения. Защитное покрытие контейнеров должно ослаблять поток гамма- и нейтронного излучений, при этом выдерживать высокие температуры и обладать высокими прочностными характеристиками. Атомной промышленности необходимы материалы, которые соединяли бы в себе лучшие свойства металлов и самых тугоплавких соединений – оксидов, карбидов, боридов.

 
Над этой задачей работают специалисты ИХТТМ СО РАН и ИЯФ СО РАН. В их арсенале – аддитивные технологии и специализированный источник электронного пучка.

 
«Материал защитного покрытия должен ослаблять поток альфа-, бета-, гамма- и нейтронного излучений. Для этой цели хорошо подходят бориды тяжелых металлов, например, вольфрама – рассказывает научный сотрудник ИХТТМ СО РАН, кандидат химических наук Алексей Анчаров. – Атомы металла поглощают альфа-, бета- и гамма-излучения, а атомы бора – нейтроны. Кроме этих свойств, бориды обладают высокой температурой плавления и высокой твердостью. Задача нашего исследования состояла в том, чтобы научиться комбинировать необходимые свойства в одном материале. Аддитивные технологии здесь очень подходят – они позволяют наращивать слои материалов с различными концентрациями, или добавлять новые слои с другими компонентами и обеспечивать градиент физико-химических характеристик по толщине образца».

_Микрофотография_боковой_поверхности_образца_механокомпозита_Иллюстрация_предоставлена_А.И._Анчаровым.jpg
 

Микрофотография боковой поверхности излома высокотемпературного композиционного материала на основе боридов вольфрама. Иллюстрация предоставлена А.И. Анчаровым.

 
 

Для предварительной подготовки образцов специалисты использовали метод механоактивации. В шаровой мельнице – специальном устройстве для смешивания и измельчения твердых веществ до микроразмеров – вольфрам и нитрид бора «вбиваются» друг в друга. Под электронным микроскопом получившийся механокомпозит выглядит как «слоеный пирог». Далее его исследуют в Сибирском центре синхротронного и терагерцового излучения ИЯФ СО РАН на экспериментальной станции «Дифрактометрия в жестком рентгеновском диапазоне» при помощи синхротронного излучения, генерируемого ускорителем ВЭПП-3. Третий, завершающий, этап приготовления – нагревание смеси и запуск химических реакций направленным пучком электронов на специализированном источнике электронного пучка в ИЯФ СО РАН.

«Источник электронного пучка ИЯФ СО РАН разработан и изготовлен специально для электронно-лучевых технологий. Он обладает редкими параметрами: энергией 60 киловольт при непрерывной мощности до 30 киловатт, – рассказывает научный сотрудник ИЯФ СО РАН Юрий Семенов. – При фокусировке электронного пучка меньше одного миллиметра в диаметре, мы получаем мощность около100 киловатт на квадратный миллиметр. Мощность преобразуется в тепло в обрабатываемом слое толщиной десяток микрометров, где температура может достигать отметки 6000 °C и выше. Такие характеристики позволяют нам плавить самые тугоплавкие материалы. Но самая важная особенность нашей установки в том, что электронный пучок направляется на обрабатываемую поверхность не прямолинейно, а с поворотом на 270 градусов. Такое решение позволяет нам защитить катод и высоковольтную область электронной пушки от паров и мелких капель от обрабатываемого материала. Данная технология запатентована нами в России».

Специалисты отметили, что им удалось достаточно просто и с малыми энергозатратами получить композиты из разных боридов, управлять процессом синтеза. В будущем, меняя соотношение состава (стехиометрию), можно регулировать ослабление того или иного вида излучения. Композиционные материалы, где в составе больше вольфрама, будут лучше поглощать гамма-излучение, где больше бора – нейтронное излучение.

Алексей Анчаров также отметил, что разрабатываемая технология позволит делать как большие, так и маленькие детали, причем любой формы. Более того, если оборудовать электронную пушку специальным соплом, из которого выдувается порошок, то попадая в зону нагрева, он будет наплавляться на поверхность. Технология наплавления схожа с принципом работы краскопульта: защитный слой просто напыляется на уже существующее изделие, например, стенки контейнеров для перевозки и хранения радиоактивных отходов.
 

Источники

Найден способ усилить безопасность при перевозке радиоактивных отходов
Институт ядерной физики имени Г.И.Будкера СО РАН (inp.nsk.su), 12/09/2019
Найден способ усилить безопасность при перевозке радиоактивных отходов
Зеленая Россия (greenrussia.ru), 12/09/2019
Ученые Академгородка нашли способ повысить безопасность контейнеров под радиоактивные отходы
Академия новостей (academ.info), 12/09/2019
Найден способ усилить безопасность при перевозке радиоактивных отходов
Российское атомное сообщество (atomic-energy.ru), 12/09/2019
Ученые в Новосибирске разработали новый материал для контейнеров радиоактивных отходов
ИА Flashsiberia, 12/09/2019
Ученые нашли способ усилить безопасность при перевозке радиоактивных отходов
Поиск (poisknews.ru), 12/09/2019
Найден способ усилить безопасность при перевозке радиоактивных отходов
GisProfi (gisprofi.com), 13/09/2019
Устойчивый к радиации материал
Академгородок (academcity.org), 13/09/2019
Ученые нашли способ усилить безопасность при перевозке радиоактивных отходов
Наука в Сибири (sbras.info), 13/09/2019
Сибирские учёные смогли улучшить защиту от радиации
ГТРК «Новосибирск», 13/09/2019
Ученые нашли способ усилить безопасность перевозки радиоактивных отходов - "Россия"
Новости дня (novosti-dny.ru), 16/09/2019
Ученые нашли способ усилить безопасность перевозки радиоактивных отходов
Novosti-dny.com, 16/09/2019
Ученые нашли способ усилить безопасность перевозки радиоактивных отходов
Eadaily.com, 16/09/2019
Ученые нашли способ усилить безопасность перевозки радиоактивных отходов
Seldon.News (news.myseldon.com), 16/09/2019
Сибирские ученые создали уникальный сплав для перевозки радиоактивных отходов
Ndn.info, 13/09/2019
В Новосибирске выяснили, как усилить безопасность при перевозке отходов АЭС
ИА Regnum, 13/09/2019
Новосибирскими учеными найден способ безопасной перевозки радиоактивных отходов
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 13/09/2019
Пульс дня Новосибирска
Честное слово (chslovo.com), 13/09/2019
Новосибирские ученые разработали новую защиту от радиации
Официальный сайт г. Новосибирск (nsknews.info), 14/09/2019
Новосибирские ученые разработали новую защиту от радиации
Seldon.News (news.myseldon.com), 14/09/2019
Новосибирские ученые разработали новую защиту от радиации
Новости Новосибирска (novosibirsk-news.net), 14/09/2019
В Сибири получили композиты, усиливающие безопасность перевозки радиоактивных отходов
Военно-промышленный курьер (vpk-news.ru), 16/09/2019
Новую защиту от радиации разработали ученые Новосибирска
ЧС Инфо (4s-info.ru), 16/09/2019
В Сибири получили композиты, усиливающие безопасность перевозки радиоактивных отходов
ВПК новости (vpk.name), 17/09/2019
Российские ученые исследуют 3D-печать защитных антирадиационных покрытий
3dtoday.ru, 16/09/2019
В Новосибирске выяснили, как усилить безопасность при перевозке отходов АЭС
ЛенЭнергоМаш (lenenergomash.ru), 16/09/2019
Сплав, задерживающий радиацию, создали новосибирские ученые
Промышленная Сибирь (sibindustry.ru), 20/09/2019
Сплав, задерживающий радиацию, создали новосибирские ученые
Все новости Новосибирской области (vn.ru), 20/09/2019
Сплав, задерживающий радиацию, создали новосибирские ученые
Gorodskoyportal.ru/novosibirsk, 20/09/2019
Сплав, задерживающий радиацию, создали новосибирские ученые
Новости России (news-life.ru), 20/09/2019
Найден способ усилить безопасность при перевозке радиоактивных отходов
SMIonline (so-l.ru), 27/09/2019

Похожие новости

  • 21/10/2019

    Как делают науку в Сибири

    Чем живет сибирская наука? Обычно мы слышим об ученых либо в связи с прорывными и особо интересными открытиями. Либо благодаря созданию новых научных объектов, таких как ЦКП СКИФ. Либо, как это ни печально, из-за каких-либо конфликтов.
    195
  • 06/06/2017

    Ученые СО РАН за несколько минут расплавили самый тугоплавкий материал

    Ученые Института ядерной физики им. Г.И. Будкера совместно с коллегами из Института химии твердого тела и механохимии разработали новую технологию получения изделий из карбида гафния - самого угоплавкого материала в мире.
    1611
  • 20/02/2019

    Новосибирские ученые исследовали воздействие мощного терагерцового излучения на мышечные ткани

    ​Ученые Института химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН (ИХКГ СО РАН) и Новосибирского государственного медицинского университета совместно с коллегами из Института ядерной физики им.
    705
  • 22/12/2015

    Ученым удалось сделать аккумуляторы более емкими

    ​Ученые давно работали над тем, каким образом сделать литий-ионные аккумуляторы, чтобы они стали более емкими. Данный прецедент удалось решить исследователям из Института химии твердого тела и механохимии СО РАН (Сибирского отделения российской Академии наук).
    1778
  • 14/03/2019

    Как реализовать возможности российского рынка многокомпонентных материалов

    ​Недавняя новость о том, что из-за международных санкций российские авиастроители не смогут получать из США компоненты, необходимые для выпуска отечественного лайнера МС-21, вызвала бурное обсуждение, так или иначе связанное с проблемой преодоления зависимости от импорта.
    382
  • 08/06/2017

    Ученые СО РАН и Японии вырастили нанотрубки на поверхности искусственных алмазов без графена

    ​Ученые из институтов Сибирского отделения РАН и Университета Тохоку (Япония) создали технологию выращивания углеродных нанотрубок на поверхности искусственных алмазов без добавления графена. Как рассказал ведущий научный сотрудник Института химии твердого тела и механохимии СО РАН Борис Бохонов, метод отличается тем, что алмазы не требуют предварительной обработки, и может использоваться для элементов микросхем и устройств памяти.
    1253
  • 29/03/2018

    Новосибирские ученые разработали уникальный метод изучения химических реакций в кристаллах

    ​В журнале Royal Society of Chemistry, Chemical Science вышла статья сотрудников и преподавателей кафедры химии твердого тела НГУ и Института химии твердого тела и механохимии СО РАН, посвященная использованию количественных прецизионных измерений изгиба кристалла в ходе фотопревращения при различных температурах для определения кинетических параметров превращения: энергии активации, константы скорости, коэффициента обратной связи и других.
    1120
  • 28/02/2019

    СКИФ обретает очертания

    В Новосибирске полным ходом идет проектирование уникального синхротрона четвертого поколения, который должны построить в рамках реализации проекта «Академгородок 2.0» к 2024 году. Ученые разработали эскиз первых шести пользовательских станций СКИФаНапомним, центр коллективного пользования СКИФ будет включать в себя, помимо собственно источника фотонов, пользовательское оборудование экспериментальных станций и лабораторного комплекса.
    504
  • 26/04/2017

    Эксперимент сибирских ученых по ремонту дорог с помощью зол повторят летом

    ​Сибирские ученые остались недовольны результатами первого эксперимента по ямочному ремонту с использованием высокопрочного золобетона (материала на основе отходов ТЭЦ). Укладка материала проходила поздней осенью с нарушением технологии, поэтому покрытие изначально не идеально сцепилось и показало меньшую износостойкость, чем ожидалось, хотя и значительно превзошло по показателям обычный асфальт, сообщил ТАСС директор Института химии твердого тела и механохимии (ИХТТМ) СО РАН Николай Ляхов.
    1110
  • 26/07/2016

    Ученые СО РАН знают, как создать аэрогель

    ​Высокотехнологичные материалы, которые производят ученые новосибирского Академгородка, можно использовать не только в космических опытах или экспериментах на встречных пучках, но также в стеклопакетах и при теплоизоляции зданий.
    1674