На сессиях ПКК

Эксперты обсудили новые проекты

20-21 января работала 51-я сессия Программного комитета по физике конденсированных сред ОИЯИ. Программа сессии была насыщенной, включала предложения по новым проектам, отчеты по закрывающимся темам, научные доклады.

О концепции нового нейтронного источника ОИЯИ и последней договоренности с Росатомом доложил директор ЛНФ В.Н.Швецов, который дал комментарий дубненским журналистам:

- В конце прошлого года был сделан выбор окончательной концепции нашего источника из двух, которые были нами предложены на основании исследований, проведенных НИКИЭТ. Мы выбрали вариант импульсного реактора, схожего с ИБР-2, но с другим топливом и немного иными принципами работы. Это главное. Не менее важное событие - состоялись первые встречи с представителями ключевых организаций Росатома, которые будут участвовать в разработке топлива для нового источника, поскольку это наиболее сложный и долгий процесс, лежащий в основе создания новой установки. Это были очень позитивные встречи. Та дорожная карта, которую я здесь показывал, - продукт наших встреч, она подготовлена нашими партнерами из Росатома. На фоне этого проходила подготовка совместного заседания НТС Росатома и ОИЯИ. У нас даже были немного кавалерийские планы эту дорожную карту во время встречи и утвердить, но, наверное, еще не были готовы руководители и с одной, и с другой стороны. Тем не менее мы будем двигаться вперед, потому что все участники процесса к этому готовы, мы в этом направлении работаем.

В своем докладе я упоминал вехи проекта, и первая - 2023 год, когда мы должны сделать эскизный проект, включающий все составляющие. В этой работе будет участвовать и генеральный проектировщик, который оценит стоимость сооружения зданий, изготовления оборудования, его монтажа - полную стоимость создания новой установки. После этого мы в Институте должны принять решение - делаем или нет.

- В чем отличие нового нейтронного источника от ИБР-2?

- Главное отличие - плотность потока нейтронов: на порядок больше в импульсе и на порядок больше в среднем. А это очень много, и мы сейчас даже не можем предусмотреть все возможные физические выходы из этого повышения интенсивности. Мы над этим работаем, включаем это в Белую книгу, которая сейчас готовится. Это новый уровень исследований биологических структур и белковых молекул - то, что сейчас недоступно нигде и никому на нейтронных источниках, потому что просто не хватает нейтронов.

- Можно ли ждать софинансирования от Росатома, как во время модернизации ИБР-2?

- По финансированию пока ничего не обсуждалось, времена совсем другие. Напомню, что модернизация ИБР-2 финансировалась Росатомом до конца 1990-х, а после софинансирование прекратилось. Есть сдержанный оптимизм, связанный с подписанием этого соглашения, есть ощущение, что наша корпорация, наследник министерства, которое было нашим родным когда-то, начала осознавать необходимость поддержки исследований, в той или иной степени фундаментальных, для своего дальнейшего развития. Они начинают финансово вкладываться в эти вещи, есть несколько признаков. Есть наше сотрудничество с Физико-энергетическим институтом в Обнинске по программе ядерных данных для ядерной физики, мы надеемся, что эта деятельность тоже получит поддержку, но пока никаких конкретных договоренностей нет.

- Возможно ли, чтобы новая установка уже заработала, а ИБР-2 еще продолжал работать?

- Это наша мечта и наше стремление, чтобы была ситуация, как с реакторами ИБР-30 и ИБР-2, когда и в ядерной физике, и в конденсированных средах сотрудники работали на ИБР-30, а в свободное от работы время - вечернее, ночное - создавали инструменты на ИБР-2. Когда ИБР-2 заработал, ИБР-30 продолжал работать еще 18 лет. Это идеальная ситуация, иначе… я не хочу обсуждать другую возможную ситуацию, она для нас плохая, потому что будет тяжело сохранить коллектив специалистов.

- Новая территория для новой установки не потребуется?

- Мы пока планируем оставаться в рамках площадки ЛЯП ОИЯИ, и делаем необходимые шаги, чтобы сохранить размеры санитарно-защитных зон, которые у нас есть.

Главные научные результаты прошедшего года представил Д.П.Козленко (ЛНФ):

- Мы выполнили в прошлом году весь объем работ. Были поданы, как обычно, около 200 заявок на эксперименты, у нас есть и свои исследовательские планы, поэтому было проведено очень много интересных, разнообразных работ. Среди основных, которые я бы выделил, если говорить о функциональных материалах, то есть перспективных материалах для развития разного рода технологий, то нужно упомянуть так называемые сплавы с гигантской магнитострикцией. Это такие вещества, в которых под действием магнитного поля происходит изменение линейных размеров. Оказалось, в смеси железа с немагнитным материалом галлием при сравнительно небольших концентрациях железа - около 30 процентов - магнитострикция достигает наибольших значений. Возник вопрос: почему это происходит? Ответ на этот вопрос мы искали здесь совместно с Национальным техническим университетом МИСиС. Были исследованы изотермические фазовые переходы: свойства этих веществ зависят от того, какие термодинамические условия используются при их синтезе, и оказалось что, если, например, выдержать эти материалы при температуре около 400 оС, то с течением времени в них происходит сложная последовательность структурных фазовых переходов, перестройка атомов, и достаточно заметно меняются свойства. Все эти результаты помогут понять микроструктурные механизмы свойств этих материалов.

Мы продолжили исследования свойств вещества в условиях экстремальных воздействий. Интересным объектом исследований был оксид железа - магнетит. Это одно из фундаментальных соединений, которое играет большую роль как в развитии наших общих технологий, так и для развития фундаментальных концепций физики конденсированного состояния. Это первый магнитный материал, с которым вообще познакомились люди. Древние люди делали свои компасы из магнетита. Сейчас он используется в широком ряде технологий, обладает рядом интересных физических свойств, исследование которых значительно помогло развитию современных представлений в области физики конденсированного состояния. Недавно в нем было обнаружено аномальное поведение свойств при воздействии высоких давлений: резкое изменение электронных, магнитных, структурных свойств, менялось сопротивление и другие свойства. Возник вопрос: почему это происходит?

Мы провели серию совместных экспериментов, часть работ была сделана у нас на реакторе с помощью нейтронной дифракции, часть - на источнике синхротронного излучения в Гренобле, и сумели установить полную магнитную, структурную, электронную фазовую диаграмму данного соединения. Мы обнаружили, что при фазовом переходе существенно меняются магнитная структура вещества, его магнитные свойства. Мы установили поведение фундаментальных постоянных, таких как, например, температура магнитного перехода и других в зависимости от давления и температуры, и построили фазовую диаграмму, которая может использоваться для объяснения явлений, наблюдаемых другими исследователями.

Также проведены исследования в направлении, которое последнее время у нас активно разрабатывается, - химические источники тока. В частности, кроме того, что исследовался материал электродов в объеме, проводятся активные исследования контактов твердых электродов и жидких электролитов, исследованы процессы, которые там происходят, - образуется промежуточная фаза твердого электролита, на которой и идет осаждение лития. Причем, литий осаждается в виде неоднородностей, которые очень сильно влияют на работоспособность батарей. Было показано, что если увеличивать концентрацию электролита, то количество этих неоднородностей может быть уменьшено. Эти результаты важны электрохимикам из МГУ, совместно с которыми эти работы проводятся для оптимизации современных химических источников тока.

Среди прикладных работ я бы отметил активные исследования новых легких магниевых сплавов. Эти перспективные сплавы используются в автомобилестроении, космической промышленности, имеют хорошие прочностные свойства, но у них не очень высокая пластичность и формуемость. Чтобы как-то преодолеть эти недостатки, используются современные подходы. Например, в процессе изготовления деталей меняют траекторию деформации. На реакторе были проведены модельные эксперименты и получены зависимости деформации и внутренних напряжений, когда траектория менялась от сжатия на растяжение. Полученные результаты помогут в дальнейшем понять процессы, происходящие в этих сплавах, как их оптимизировать.

Также среди прикладных исследований могу отметить исследование фрагмента Челябинского метеорита. Его падение случилось достаточно давно - зимой 2013 года. После знаменитого Тунгусского метеорита, упавшего на Землю в 1908-м, это наиболее сильное столкновение с телом внеземного происхождения за прошедшее время. Исследование таких объектов, их свойств, фазового состава очень важно для последующего моделирования, прогнозирования тех процессов, которые происходят при столкновении, ущерба, который можно получить. Мы исследовали его фазовый состав при помощи методов нейтронной дифракции, радиографии, томографии, оптических методов - рамановской спектроскопии, и обнаружили присутствие минерала камасита - соединения железа и никеля, уточнив таким образом состав метеорита.

После завершения заседания ПКК первый вопрос его председателю Денешу Надю был связан с заметной активностью членов комитета на этой сессии:

- Да, вы абсолютно правы, прошлая сессия в июне была более спокойной, рутинной. В этот раз рутины не было вообще. Было много очень важных выступлений и первое из них - предварительное решение о новом нейтронном источнике ОИЯИ, который будет создаваться как импульсный реактор. Вы знаете, что импульсные реакторы - давняя традиция Дубны, и было принято решение ее продолжить, после того, как реактор ИБР-2 выработает свой срок. К тому моменту ИБР-3 должен быть построен и запущен, чтобы исследования продолжались. Новый источник будет более интенсивным, чем действующий. Это выступление В. Н. Швецова, возможно, было наиболее важным, и ПКК полностью его поддержал. Тем не менее мы уделили пристальное внимание тому факту, что проблема обновления должна быть очень тщательно проанализирована для обеих установок. Еще одно важное сообщение - о создании двух новых спектрометров неупругого рассеяния нейтронов на ИБР-2, было сделано Д. Худоба, мы ждем более детального представления проекта на следующей сессии ПКК. Через некоторое время после первого предполагается создание второго спектрометра неупругого рассеяния, пока еще не решено, когда. Предварительный проект мы также поддержали.

- На этой сессии было больше обычного научных докладов - пять, их число регламентируется?

- Да, в этот раз мы столкнулись с проблемой. Сказать по-дружески, очень нелегко сделать выбор, потому что предложений много и они представляют всю область, рассматриваемую ПКК по физике конденсированных сред, а это не только нейтронная физика. Интересным был доклад по рамановской спектроскопии, это фантастический метод с чувствительностью масштаба атомов и молекул. Нам также были интересны работы теоретиков, их вклад в приложения для физики тяжелых ионов, это тоже не нейтронная физика. Вот и получилось в программе этой сессии пять научных докладов - это слишком много, и в нашей резолюции мы решили ограничить их максимальное число тремя. Такое количество позволяет их вдумчиво слушать и обсуждать.

- В этот раз члены ПКК были довольны результатами, представленными на постерной сессии?

- Именно так. В прошлый раз мы ее раскритиковали, потому что целый ряд представленных работ был явно невысокого уровня, и мы отобрали только одну лучшую. В этот раз были представлены 15 блестящих, действительно блестящих работ, и выбрать наилучшие было делом непростым. С трудом мы выбрали победителя и две почти равные работы, занявшие второе и третье места.

- Некая дискуссия возникла даже при обсуждении повестки будущей сессии ПКК?

- Это обычное явление, некоторые темы вносятся членами дирекции ЛНФ, некоторые - членами комитета, я думаю, следующая сессия будет опять очень интересной с очередными докладами по новому источнику нейтронов ИБР-3 как от руководства ЛНФ, так и от рабочей подгруппы по физике конденсированных сред в рамках подготовки стратегического плана развития ОИЯИ.

Заместитель директора ЛНФ О.Куликов познакомила меня с новым членом ПКК Шеном Кеннеди и помогла с переводом:

- Мне очень приятно, что меня пригласили в Программный комитет, я занимаюсь развитием нейтронных инструментов более 40 лет, фактически всю жизнь. Я работал в Азиатско-Тихоокеанском регионе и Западной Европе, имею хорошие связи с Северной и Южной Америками, сейчас руковожу отделом проектов ESS (Лунд, Швеция), являюсь заместителем директора по науке ESS. Я уверен, Россия занимает очень важное место в мировом нейтронном рассеянии. У вас есть хорошая предыстория в этой области. Понятно, что в последние десятилетия было достаточно тяжело поддерживать всю инфраструктуру в Дубне. Мне тем более приятно видеть, что происходит здесь сейчас, в каком направлении идет движение, тем более что для меня развитие методов нейтронного рассеяния в России сейчас ассоциируется с Дубной.

Я вижу предпринимаемые усилия, ваши исследования проводятся на очень надежном источнике, имеется политика пользователей, открытая для всего мира, - это приятно видеть. В частности, я впечатлен грандиозными планами руководства Института - создать новый нейтронный источник. Мне знакомы все сложности этого дела, поскольку я участвовал в создании нейтронного источника в Австралии, а сейчас занят в проекте ESS в Европе. Я полагаю, социально-экономический выигрыш от этого проекта для следующих поколений будет значителен, и могу только аплодировать руководству ОИЯИ за намерение начать такой амбициозный проект. Я также высоко ценю руководство за его открытость и готовность услышать советы.

Победителями постерной сессии, в которой участвовали молодые сотрудники ЛНФ, стали Инга Зиньковская с работой "Нейтронный активационный анализ как инструмент для оценки накопления наночастиц серебра в органах самок мышей и их потомства", Асель Назарова - "Синтез и исследование магнитных наночастиц типа "ядро-оболочка" для биоприменений", Н.М.Белозерова - "Исследование внутренней структуры и атомной динамики фармацевтических соединений под воздействием высокого давления".

Ольга ТАРАНТИНА,
фото Елены ПУЗЫНИНОЙ