Внимание, снимается кино!
26.04.2022
Только не в декорациях, предположим, Бейкер-стрит, а в ходе эксперимента на источнике синхротронного излучения (СИ). И с частотой не 24 кадра в секунду, а миллионы кадров в секунду. Такие рентгеновские фильмы необходимы для изучения быстропротекающих процессов. Что это за процессы, и как будут идти их исследования на СКИФ рассказывает Иван Рубцов, координатор разработки и создания станции "Быстропротекающие процессы" СКИФ, младший научный сотрудник отдела синхротронных исследований ЦКП "СКИФ".
- Быстропротекающие процессы — это процессы, протекающие со скоростями миллиметры в миллисекунду, микросекунду, наносекунду. К таким процессам можно отнести возникновение микротрещин в материалах в результате какого-либо воздействия (например, лазерного нагрева), а также распространение детонационных, ударных волн.
Чтобы управлять быстропротекающими процессами, нужно изучать их свойства. Для этого измеряют скорость, давление, температуру, плотность и другие параметры.
Раньше ученые использовали контактные методики (датчики измерения скорости, датчики измерения давления), классическое рентгеновское излучение, в последнее время находят широкое распространение лазерные методики.
Исследования с использованием синхротронного излучения — самые продвинутые.
Во-первых, у СИ — миллионы импульсов в секунду, они идентичны, и каждый из них — это отдельный "снимок" процесса. Таким образом, можно снять целый фильм. Для сравнения: чтобы сделать, например, три снимка с помощью рентгеновской трубки, нужно поставить три аппарата с разных ракурсов изучаемого образца.
Во-вторых, СИ существенно ярче, чем излучение рентгеновской трубки, поэтому "снимки" получаются гораздо более качественными.
Наконец, в отличие от контактных методик, синхротронное излучение не вносит искажений в исследуемый процесс.
Особый интерес представляет исследование таких быстропротекающих процессов, как детонация взрывчатых веществ.
Согласно публикациям в международных научных журналах, сейчас такие работы с использованием СИ ведут только в двух научных организациях. Это Advanced Photon Source (источник СИ в США) и Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (экспериментальные станции "Субмикросекундная диагностика", "Экстремальное состояние вещества").
Остальные станции в мировых центрах СИ занимаются быстропротекающими процессами другого типа — ударными волнами (лазера, пневматической пушки), скоростными химическими реакциями.
Одно из возможных направлений исследований — изучение структуры конденсированного углерода, образующегося при детонации взрывчатых веществ. С помощью СИ (конкретно методики малоуглового рентгеновского рассеивания и дифракции) можно изучать размер структур углерода, динамику его изменения, форму, фазовый состав, а также оценить объем выделяемой энергии.
СИ также дает возможность с высоким качеством измерять скорость процесса и другие его параметры — давление, плотность, массовую скорость. Все они необходимы для моделирования процессов и расчета поведения веществ в реальных условиях. Чем более точные данные будут получены, тем достоверней будет модель, а детонация взрывчатых веществ на практике — более предсказуемой.
На СКИФ будет создана специализированная экспериментальная станция для изучения быстропротекающих процессов. Ее особенность будет заключаться в том, что здесь можно будет проводить исследования взрывчатых веществ с массой заряда до 2 кг, что близко к использованию таких материалов на практике.
Также на этой станции будут изучаться воздействие ударных нагрузок (пневматической пушки) на конструкционные материалы (дерево, металлические сплавы, пластик и др.). Такие исследования необходимы в ракетостроении, самолетостроении, материаловедении.
