Одна из шести первых пользовательских станций Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ») предназначена для изучения быстропротекающих процессов, в том числе исследования воздействия высокой температуры и плазмы на материалы в условиях работы термоядерного реактора. Внутренние напряжения в образцах, возникающие вследствие температурного воздействия, будут исследоваться in situ при помощи дифракционных методик. Для секции «Плазма» пользовательской станции «Быстропротекающие процессы» специалисты Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) спроектировали универсальный дифрактометр для широкого круга задач в области материаловедения. За данные работы куратор создания секции аспирант ИЯФ СО РАН Сергей Казанцев получил стипендию Правительства РФ.
Диагностика механического поведения материалов методами дифракции – перспективная методика исследования в материаловедении. По изменению дифракционного сигнала, получаемого с кристаллической решетки образца после воздействия на него излучением лазера или другим источником, разогревающим материал до высокой температуры, специалисты могут in situ определить, какие изменения произошли в его структуре, отследить динамику этих процессов, и, как итог, понять, подходит ли материал для работы в тех или иных условиях. Специалисты ИЯФ СО РАН планируют реализовать данный метод на пользовательской станции «Быстропротекающие процессы» ЦКП «СКИФ» в секции «Плазма». Научная группа Института спроектировала дифрактометр – прибор для регистрации интенсивности и угла рассеяния дифрагированных рентгеновских лучей на кристаллической решетке образца. За данные работы куратор секции «Плазма» аспирант ИЯФ СО РАН Сергей Казанцев получил стипендию Правительства РФ.
«Секция “Плазма” создается для исследований механического поведения материалов под воздействием импульсных тепловых нагрузок, – рассказывает аспирант ИЯФ СО РАН Сергей Казанцев. – Одна из наших основных задач состояла в том, чтобы создать установку для регистрации дифракционной картины от образца, то есть дифрактометр. В принципе подобное оборудование можно купить, но в сложившихся условиях пришлось проектировать его самостоятельно. Что мы и сделали».
Физическая программа установки будет обширна – это и изучение материалов, предназначенных для защиты внутренних узлов в термоядерных установках, и проведение испытаний для определения механических свойств материалов и тех напряжений, которые возникают при растяжении или сжатии, а также исследования различных упрочняющих технологий.
«Когда есть установка, которая решает лишь одну задачу – это плохо, – добавляет Сергей Казанцев. – Мы решили спроектировать универсальный дифрактометр, который сможет использоваться для ряда приложений. По сути, дифрактометр – это стандартный узел, в котором размещается образец, и детектор. Но чтобы подобрать оптимальное позиционирование образца, правильную соосность вращательных элементов, определить шаг, с которым будет двигаться при съемке детектор, параметры режимов работ, пришлось потрудиться».
На данный момент специалисты проработали проект дифрактометра. Следующим этапом будет его производство в ИЯФ СО РАН и сборка с последующей проверкой на базе ЦКП «Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения» ИЯФ СО РАН и в дальнейшем на в ЦКП «СКИФ».
По словам специалиста, справиться с трудной технологической задачей команде удалось благодаря имеющемуся в ИЯФ СО РАН огромному опыту проведения экспериментов с синхротронным излучением.
«Мы учли все возможные нюансы и подводные камни работы с СИ и спроектировали универсальный дифрактометр», – добавил Сергей Казанцев.
Куратор создания секции «Плазма» пользовательской станции «Быстропротекающие процессы» аспирант ИЯФ СО РАН Сергей КазанцевТ. Морозова