4 сентября 2020

Коллектив из ОИЯИ получил премию за разработку технологий неразрушающего контроля с помощью реактора ИБР-2

ОИЯИ Восстановленная из данных нейтронной томографии трехмерная модель метеорита Сеймчан. Красные участки соответствуют металлическому железо-никелевому сплаву, а желтые — оливиновой минеральной компоненте ОИЯИ

Второй премией ОИЯИ за 2019 г. в номинации «Научно-технические прикладные работы» был награжден коллектив авторов в составе Д. П. Козленко, С. Е. Кичанов, А. В. Белушкин, Е. В. Лукин, К. Назаров, А. В. Руткаускас, Г. Д. Бокучава, Б. Н. Савенко, И. А. Сапрыкина за работу «Нейтронная радиография и томография на импульсном высокопоточном реакторе ИБР-2: создание экспериментальной установки и результаты междисциплинарных прикладных исследований».

Методы нейтронной радиографии и томографии, позволяющие получать изображения и объемные трехмерные реконструкции внутреннего строения объектов исследования с пространственным разрешением порядка 100 мкм, в настоящее время получили широкое развитие на современных источниках нейтронов. Значительная глубина проникновения нейтронов дает ряд преимуществ данным нейтронным методам по сравнению с рентгеновскими аналогами и позволяет их использовать для решения широкого круга междисциплинарных научных задач, от исследования структурных особенностей различных функциональных материалов, микроструктуры строительных и конструкционных материалов и их изменения при протекающих в них процессах, до изучения внутреннего строения уникальных объектов культурного и природного наследия, объектов внеземного происхождения.

Не так давно в Лаборатории нейтронной физики им. И. М. Франка ОИЯИ на 14-ом канале высокопоточного импульсного реактора ИБР-2 была создана специализированная установка для исследований с помощью нейтронной радиографии и томографии и проведены работы по улучшению ее технических параметров. Появление установки нейтронной радиографии и томографии позволило развить новое прикладное направление исследований, связанное с неразрушающим анализом внутреннего строения широкого круга объектов, изделий и материалов, среди которых – палеонтологические объекты природного наследия, инженерные изделия, объекты внеземного происхождения — метеориты, археологические объекты культурного наследия.

Проведенные экспериментальные исследования позволили восстановить внутреннюю структуру окаменелой шишки Protosequoia sp. датируемой поздним Меловым периодом (начавшимся 100 млн. лет назад), получить трехмерную модель ее стебля и листьев. Также, получено объемное распределение колонии Cyanobacteria внутри окаменелого строматолита. Колонии этих древнейших бактерий характеризуют эволюцию живых организмов на Земле около 3.5 миллиардов лет назад. Полученная информация имеет важное значение для построения моделей эволюции указанных видов.

Методом нейтронной томографии были получены 3D модели внутреннего строения метеоритов Сеймчан и Марьялахти. Особенности взаимодействия нейтронов с веществом позволили обнаружить и разделить минеральные и металлические компоненты, получить трехмерное пространственное распределение никеля в металлической компоненте этих метеоритов-палласитов, построить распределения по занимаемым объемам и средним размерам внутренних составных минералов, определить их морфологические особенности [6].

Примером исследования в области инженерных наук может послужить изучение кинетики плавления смеси льда и гранулированного кварца, позволившее установить зависимость температуры плавления смеси от размеров кварцевых гранул. Полученная информация представляет большой интерес для совершенствования технологий уборки снежных покровов в холодных регионах.

Необходимо особо отметить большой научный задел по неразрушающим исследованиям объектов культурного наследия с помощью нейтронной радиографии и томографии: уникальные исследования внутренней организации и фазового состава монет Древней Греции и Булгарии, объектов древнерусского культурного наследия, и в частности, Тверского клада, найденного в 2014 г и датированного XIII веком – периодом нашествия Батыя. Высокий радиографический контраст между серебром и медью позволил успешно изучить как пространственное распределение этих элементов, так и оценить химический состав древних монет: от Боспорских статеров  до древнебулгарских пулов.

Высокая проникающая способность нейтронов позволила реконструировать 3D внутреннее строение древнерусских и средневековых европейских украшений, выявить их скрытые элементы декора, уточнить историко-культурное происхождение этих археологических находок. Полученная информация важна для реставрации данных объектов культурного наследия, а также изучения древних технологий приготовления монет, украшений, предметов быта.

Также стоит отметить, что новые экспериментальные возможности нейтронной радиографии и томографии и полученные результаты вызвали широкий интерес в странах-участницах ОИЯИ. В результате для проведения подобных исследований в Казахстане с участием сотрудников ЛНФ ОИЯИ создана и введена в эксплуатацию специализированная установка на реакторе ВВР-К (РГП ИЯФ, Алматы) и получены первые экспериментальные результаты.