Новоизобретенный метод определения радиационной стойкости материалов с помощью пучков ускоренных атомов предложили сотрудники Томского политехнического университета. Открытие ученых не имеет аналогов в мире. Исследование было представлено на VII Международном конгрессе «Потоки энергии и радиационные эффекты» (EFRE-2020), который проходит в Томске.
Основной принцип работы изобретенного инструмента – имитационное облучение пучками ускоренных атомов. Они повторяют воздействие нейтронного излучения ядерного реактора на материал за минимальное время, что позволяет с большей достоверностью предсказать, насколько материал устойчив к радиации. Такой способ решает важную проблему радиационного материаловедения – повышение устойчивости материалов, которые не должны ощутимо менять свои свойства за все время использования в реакторе. Радиационное повреждение конструкций происходит из-за того, что каждый атом кристаллической решетки элементов ядерного реактора подвержен до 100-200 смещениям, что приводит к изменению их положения. Низкая радиационная стойкость конструкционных, а именно тепловыделяющих элементов реактора может спровоцировать потерю управляемости развития ядерной реакции и даже взрыв реактора.
По словам профессора отделения материаловедения ТПУ Александра Пушкарева, имитационное облучение пучками заряженных частиц в отличие от нейтронного облучения значительно сокращает время исследования материалов. «Сейчас вместо нейтронного облучения используют имитационное облучение пучками заряженных частиц. Оно воссоздает те же условия, что и в ядерном реакторе, то же количество радиационных повреждений, однако радиационную нагрузку, которую получает материал в ядерном реакторе, получается набрать за несколько часов вместо нескольких лет»,- отметил он.
Техника имитационного облучения уже имела применение на практике при помощи электронных пучков и ионных пучков. Такие способы снижают достоверность результатов исследований радиационной стойкости материалов. Ученые ТПУ предложили проводить облучение с пучками ускоренных атомов. Процесс их формирования с помощью генератора мощных ионных пучков разработал профессор Геннадий Ремнев.
Открытие сотрудников Томского политехнического университета стало уникальным инструментом для радиационного материаловедения. Преимущество техники - быстрая способность набрать дозу, аналогичную дозе облучения в ядерном реакторе, и затратить на формирование дефектов значительно меньше энергии. «Кроме того, механизмы формирования радиационных дефектов в металлах при облучении ускоренными атомами и нейтронами очень близки. Это позволяет повысить достоверность исследований», — подчеркнул Александр Пушкарев. В перспективе нейтронные пучки можно будет применять в медицине, радиационном материаловедении и других направлениях.
Исследования ведут профессор отделения материаловедения ТПУ Александр Пушкарев, аспирант отделения материаловедения Артем Прима и доцент Инженерной школы энергетики ТПУ Юлия Егорова, а также ученые из Даляньского политехнического университета (Китай).
