Новый технологический способ изготовления безопасной радиоизотопной продукции в виде источника ионизирующего излучения (ИИИ) открытого типа предложили ученые Дальневосточного федерального университета. Из этой продукции можно будет создавать устройства для космических, медицинских, радиационных, ядерных, строительных, ресурсодобывающих и многих других технологий. Например, радионуклидные термоэлектрогенераторы и тепловые установки. Исследования поддержаны грантом Президентской программы исследовательских проектов РНФ и Министерством науки и образования РФ. Результаты опубликованы в международном журнале Ceramics International.
Как сообщили в Институте наукоемких технологий и передовых материалов ДВФУ, ученые с помощью инновационных технологий изготовили природоподобный керамический материал структуры перовскита для безопасной иммобилизации радиоизотопа стронция-90 и интегрировали полученную керамику в конструкцию металлического каркаса из прочного и радиационного устойчивого титанового сплава, выполняющего роль носителя активной керамической зоны.
«Производство радионуклидного источника открытого типа, когда активная зона с радионуклидом располагается на стальной подложке (носителе) и контактирует с атмосферой, целесообразно проводить с использованием перовскитовой керамики. Такие керамические матрицы обладают высокой относительной плотностью и механическими характеристиками, а также прочно удерживают радионуклид в своем объеме, предотвращая его бесконтрольный вынос в окружающую среду. Однако формирование прочного соединения между керамикой и сталью с сохранением целостности изделия является чрезвычайно сложным технологическим процессом, что мы и обеспечиваем в наших исследованиях», — рассказал заведующий лабораторией экстремальных материалов и изделий специального назначения ДВФУ Олег Шичалин.
Химики предложили способ, как получить прототип изделия ИИИ открытого типа. В основе подхода лежит технология реакционного искрового плазменного спекания (Spark Plasma Sintering, SPS) перовскитовой керамики, содержащей стронций в виде активной зоны и армированной каркасом из титанового сплава в виде конструкции носителя. Каркас ученые изготовили аддитивным производством по технологии селективного лазерного плавления (Selective Laser Melting, SLM). Высокое качество эксплуатационных характеристик изделия авторы подтвердили с помощью комплекса физико-механических испытаний.
«Результаты исследования новые и нарабатываются на передовой инфраструктуре мирового уровня, которая имеется, постоянно усовершенствуется и создается в ДВФУ, в том числе в рамках реализации программы развития университетов "Приоритет 2030". Это уникальные научные установки для создания, изучения структуры и свойств новых материалов, а также высокотехнологичное производственное оборудование для изготовления готовой продукции нового уровня качества и назначения. Разработки представляют перспективу для создания производства отечественной радиоизотопной продукции в виде ИИИ открытого типа, которая соответствует всем нормативным стандартам и не имеет конкурентных аналогов на мировом рынке», — отметил заместитель директора по развитию ИНТиПМ ДВФУ Евгений Папынов.
ИИИ относятся к классу радиационно опасных изделий, подвергаются непрерывному высокому контролю качества при изготовлении, эксплуатации и последующем хранении. Контролирующие органы, например Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ), серьезно ограничивают использование существующих изделий и наращивают требования по разработке новых альтернативных материалов и конструкций для ИИИ, чтобы минимизировать любые риски радиационного воздействия и загрязнения окружающей среды.
Для характеристики химического процесса синтеза природоподобного керамического материала и его анализа ученые ДВФУ активно использовали методы синхротронных исследований в Сибирском центре синхротронного и терагерцового излучения (г. Новосибирск), которые будут активно продолжены коллективом ученых ДВФУ на уникальной научно-исследовательской установке (синхротроне) «Русский источник фотонов» (УНУ «РИФ»), который появится на острове Русском в 2026 году и будет основой в реализации программы «Приоритет 2030» по направлению «Физика и материаловедение».
Синхротрон «РИФ» на острове Русском станет драйвером научно-технологического и экономического роста Дальнего Востока и будет работать в пяти приоритетных направлениях: науки о жизни, физика и материаловедение, освоение Мирового океана, цифровое развитие и социогуманитарные исследования. Установка даст импульс развитию системы высшего образования, позитивно скажется на качестве научных исследований и будет стимулировать рост производства в высокотехнологичных отраслях: космической промышленности, авиастроении, автотранспорте, фармацевтике, нефтегазовой промышленности, биомедицине и наноэлектронике.