Атомная отрасль — это не только энергетические реакторы, но и масштабная экосистема фундаментальных и прикладных исследований. Передовые трековые детекторы для поиска новых частиц, радиофармпрепараты для высокоточной терапии онкологических заболеваний, неразрушающий нейтронный контроль промышленных изделий — сегодня эти направления определяют технологический суверенитет и будущее отрасли.
О том, какими научными задачами занимаются исследователи и какие компетенции формируют новое поколение специалистов, рассказывают казахстанские учёные — сотрудники Объединённого института ядерных исследований (Дубна).
Мухамеджанов Ержан
Мухамеджанов Ержан – PhD, ведущий научный сотрудник Лаборатории физики космических лучей, РГП «Институт ядерной физики» АРКАЭ; заместитель ученого секретаря Лаборатории физики высоких энергий, Объединенный институт ядерных исследований (ОИЯИ, г.Дубна); руководитель Национальной группы сотрудников от Республики Казахстан в ОИЯИ.
Чем занимаются трековые детекторы и какую информацию они позволяют получить в экспериментах физики высоких энергий?
Если говорить просто, трековый детектор позволяет увидеть траекторию заряженной частицы после ее рождения или взаимодействия в эксперименте. Сама частица для нас невидима, но, проходя через чувствительные элементы детектора, она оставляет последовательность сигналов. По этим точкам мы восстанавливаем ее путь.
Это дает очень большой объем физической информации. Если детектор находится в магнитном поле, по искривлению траектории можно определить импульс частицы и знак ее электрического заряда. По совокупности треков можно найти точку, в которой произошло взаимодействие, или восстановить распад короткоживущей частицы.
Поэтому трековая система в современном эксперименте – это в определенном смысле его «зрение». В одном событии могут одновременно рождаться десятки и даже сотни частиц, и наша задача — с высокой точностью восстановить их траектории, понять, откуда они появились, и затем вместе с информацией от других систем детектора реконструировать произошедший физический процесс.
В чем особенность технологии Straw Tracker?
Straw – это очень тонкая трубка диаметром всего несколько миллиметров, заполненная газовой смесью. В центре нее натянута тонкая проволока, на которую подается высокое напряжение. Когда через трубку проходит заряженная частица, она ионизирует газ. Возникшие электроны движутся к проволоке и формируют электрический сигнал. По времени прихода этого сигнала можно определить положение частицы, а из большого количества таких измерений восстановить ее траекторию.
Существует две основные технологии производства таких трубок. Первая – это намотка тонкой полимерной пленки с последующим соединением ее слоев. Вторая – ультразвуковая сварка, когда края очень тонкой металлизированной полимерной пленки свариваются ультразвуком и образуют продольный герметичный шов.
Именно второе направление мы сегодня развиваем в Казахстане. Эта технология была разработана в ОИЯИ в сотрудничестве с ЦЕРН и уже доказала свою надежность в крупных международных экспериментах. Она позволяет работать с чрезвычайно тонкими пленками – примерно от 12 до 40 микрон. Для сравнения, человеческий волос обычно имеет толщину порядка нескольких десятков микрон. При этом из такой пленки необходимо изготовить трубку длиной в несколько метров, обеспечить геометрическую точность, герметичность шва и стабильность ее характеристик. Это достаточно сложная и высокоточная технология.
Для нас принципиально важно, что сейчас происходит трансфер этой передовой детекторной технологии из ОИЯИ в Казахстан. Казахстан является государством–членом ОИЯИ, поэтому речь идет не просто о покупке оборудования или готовой производственной линии. Наши специалисты проходили подготовку непосредственно в ОИЯИ, участвовали в разработке и изготовлении детекторов и теперь переносят весь комплекс знаний и технологических процессов на площадку Института ядерной физики в Алматы. При этом мы не только осваиваем существующую технологию, но и вместе с коллегами продолжаем ее развивать для будущих экспериментов.
Масштаб применения хорошо показывает, насколько востребована эта технология. Например, в эксперименте NA62 в ЦЕРН, участником коллаборации которого является Институт ядерной физики Казахстана, четыре трекерные станции содержали 7168 straw-трубок. Этот детектор успешно эксплуатировался в вакууме более десяти лет. Для будущего нейтринного эксперимента DUNE речь идет уже примерно о четверти миллиона straw-трубок. То есть это переход от тысяч к сотням тысяч элементов, а значит, требования к воспроизводимости производства и контролю качества становятся еще более серьезными.
Одно из главных преимуществ Straw Tracker – минимальное количество вещества на пути частицы. Сам детектор должен как можно меньше влиять на ту частицу, которую мы измеряем. Очень тонкие стенки straw-трубок позволяют создавать большие трековые системы с высокой точностью и при этом минимизировать рассеяние частиц.
Поэтому современный Straw Tracker – это уже не просто набор газовых трубок. Это целый комплекс технологий: производство ультратонких элементов, точная механика, контроль качества, газовые системы, электроника считывания, моделирование и программная обработка сигналов. И особенно важно, что сегодня значительную часть этой технологической цепочки мы создаем непосредственно в Казахстане.
Какие задачи решает коллаборация DRD1 в ЦЕРН?
DRD1 – это большая международная коллаборация, созданная для развития газовых детекторных технологий следующего поколения. Важно отметить, что Институт ядерной физики Казахстана не просто присоединился к уже сформированной коллаборации. Наши специалисты принимали активное участие еще на этапе ее создания – в обсуждении научно–технической программы, формировании направлений исследований и конкретных задач, которые сегодня реализуются в рамках DRD1.
Это для нас принципиально важно, потому что показывает другой уровень международного сотрудничества. Мы не только подключаемся к готовым экспериментам, но и участвуем в определении того, какие детекторные технологии необходимо развивать для будущих установок.
Сама программа DRD1 очень широкая. Она включает разработку новых конструкций газовых детекторов, материалов и газовых смесей, повышение пространственного и временного разрешения, работу при высоких интенсивностях частиц, развитие электроники считывания, методов моделирования и обработки сигналов. Отдельное направление связано со straw–трекерами – совершенствованием технологии изготовления трубок, созданием новых механических конструкций, разработкой электроники и исследованием характеристик таких детекторов.
Для ИЯФ участие в DRD1 особенно ценно еще и потому, что оно напрямую связано с той технологической базой, которую мы сегодня создаем в Казахстане. У нас уже запущена линия производства straw-трубок, и теперь задача состоит не только в том, чтобы воспроизводить существующую технологию, но и самим участвовать в ее дальнейшем развитии.
Именно такой формат сотрудничества я считаю наиболее перспективным: когда казахстанские ученые не просто используют решения, разработанные где-то еще, а вместе с ведущими мировыми центрами участвуют в постановке задач, исследованиях и создании технологий для следующего поколения экспериментов.
Что дает участие казахстанских ученых в международных проектах DUNE, SHiP и SPD?
Прежде всего, это возможность участвовать не просто в отдельных исследованиях, а в создании крупных экспериментальных установок практически с самого начала – от разработки и испытания технологий до производства детекторов, их монтажа, эксплуатации и последующего анализа физических данных.
При этом DUNE, SHiP и SPD – это три совершенно разных по своим научным задачам проекта, но для нас их объединяет то, что во всех трех востребованы компетенции, которые мы сегодня развиваем в области трековых детекторов.
SHiP – будущий эксперимент в ЦЕРН, предназначенный для поиска очень слабо взаимодействующих и долгоживущих частиц, которые могут дать ответы на вопросы, выходящие за рамки Стандартной модели физики частиц. Эксперимент будет запущен после нынешнего этапа масштабной модернизации ускорительного комплекса ЦЕРН. Для SHiP создается новая высокоинтенсивная экспериментальная инфраструктура на пучке протонов SPS, а начало работы установки запланировано уже на следующий этап эксплуатации комплекса. ИЯФ участвует в работах по созданию straw-трекера для этого эксперимента: в Казахстане уже изготавливались трубки, которые были направлены в ЦЕРН и прошли испытания.
DUNE – один из крупнейших будущих нейтринных экспериментов в мире. Он должен помочь существенно продвинуться в понимании свойств нейтрино и, в частности, различий в поведении вещества и антивещества. Масштаб его трековой системы беспрецедентен – речь идет примерно о четверти миллиона straw-трубок. Для нас участие в таком проекте означает необходимость осваивать уже не только изготовление отдельных прототипов, но и технологии массового производства, автоматизированного контроля качества и сборки больших детекторных модулей.
SPD создается на коллайдере NICA в ОИЯИ и будет исследовать спиновую структуру протона и дейтрона. Здесь наши специалисты также непосредственно участвуют в разработке straw-трекера, его проектировании, создании прототипов и подготовке производства.
Для Казахстана особенно важно, что эти проекты не существуют для нас отдельно друг от друга. Мы формируем единую технологическую компетенцию, которая затем применяется сразу в нескольких международных экспериментах. Оборудование, специалисты и знания, которые мы развиваем в ИЯФ, могут использоваться для задач ОИЯИ, ЦЕРН, DUNE и последующих проектов.
И в этом, на мой взгляд, заключается главное преимущество такого участия. Казахстанский ученый или инженер уже не просто приезжает в международную лабораторию работать с готовой установкой. Мы можем разработать элемент детектора, изготовить его в Алматы, провести контроль качества, передать его в международный эксперимент, участвовать в сборке и запуске системы, а затем вместе с коллегами получать и анализировать физические данные.
Именно такая полная цепочка – от разработки технологии и производства до физического результата – позволяет не только участвовать в мировой науке, но и создавать собственную сильную школу экспериментальной физики в Казахстане.
Какие знания и навыки необходимы молодому специалисту, который хочет работать с современными детекторными системами?
Современный физик-экспериментатор должен находиться на стыке сразу нескольких направлений. Конечно, необходима хорошая фундаментальная подготовка – ядерная физика, физика частиц, понимание процессов взаимодействия излучения с веществом. Но сегодня этого уже недостаточно.
Нужно разбираться в электронике, основах конструирования и механики, понимать принципы работы систем сбора данных. Огромную роль играет программирование. Современный эксперимент невозможно представить без компьютерного моделирования, обработки больших объемов данных и программной реконструкции событий. Поэтому навыки работы с C++, Python, ROOT, Geant4 и специализированным программным обеспечением становятся практически обязательной частью профессии.
При этом хороший физик-экспериментатор, на мой взгляд, не должен замыкаться только на программировании или только на работе с оборудованием. Очень важно понимать весь экспериментальный цикл: как устроен детектор, каким образом возникает физический сигнал, как он преобразуется электроникой, как попадает в систему сбора данных и как из этих данных в конечном итоге получается физический результат.
Отдельно я бы выделил английский язык и умение работать в международной команде. Большие эксперименты объединяют сотни и тысячи специалистов из разных стран. Нужно уметь читать техническую документацию, обсуждать результаты на рабочих совещаниях, представлять свою работу и нести ответственность за свою часть общей установки.
Но самое главное – молодой специалист должен как можно раньше получать реальный практический опыт. Собрать прототип своими руками, провести измерения, написать программу анализа, принять участие в испытаниях на пучке, поработать на сменах в эксперименте. Физик-экспериментатор формируется именно через сочетание фундаментальных знаний и практической работы.
Мы сейчас стараемся подходить к подготовке молодых специалистов достаточно системно. ИЯФ тесно работает с казахстанскими университетами, вовлекая студентов, магистрантов и докторантов в реальные научные и технологические проекты еще во время обучения. Одним из важных инструментов здесь становятся совместные образовательные программы, в том числе программы двойных дипломов с Университетом «Дубна». Они позволяют объединить обучение в Казахстане с доступом к научной школе и инфраструктуре ОИЯИ.
При этом наша команда сама по себе очень молодая. И для меня особенно отрадно видеть молодых ребят, которые действительно много работают, постоянно учатся и приходят в лабораторию с тем самым профессиональным азартом, с «горящими глазами». Это, пожалуй, один из самых важных признаков того, что мы движемся в правильном направлении. Когда молодой человек или девушка не просто выполняет поставленную задачу, а сам начинает задавать вопросы, предлагать решения, хочет поехать на эксперимент, разобраться в установке, сделать что-то своими руками – именно из этого и вырастает настоящий исследователь.
Отдельно я бы отметил девушек, которые приходят сегодня в экспериментальную физику. Несмотря на до сих пор существующий стереотип о том, что это преимущественно мужская профессия, девушки очень успешно проявляют себя и в работе с детекторами, и в моделировании, и в анализе данных, и непосредственно в экспериментальной работе. Особенно приятно видеть, как новое поколение постепенно меняет эти, казалось бы, давно устоявшиеся представления. Для науки это очень хороший и, на мой взгляд, совершенно естественный процесс: в конечном счете здесь определяющими должны быть способности, интерес к работе и готовность добиваться результата, а не пол человека.
На мой взгляд, наиболее эффективна именно такая модель: университет дает фундаментальную подготовку, исследовательский институт – практические компетенции, а участие в ОИЯИ, ЦЕРН и других международных проектах позволяет молодому специалисту сразу включаться в современную мировую науку.
Какой вы видите роль Казахстана в развитии экспериментальной ядерной физики и физики высоких энергий?
Мне кажется, за последние годы Казахстан уже достаточно серьезно изменил свое положение в международном научном сообществе. Сегодня мы можем говорить не только об отдельных ученых, работающих в крупных зарубежных центрах, а о сформировавшихся командах, которые берут на себя конкретную ответственность в международных проектах.
Хороший пример – наша национальная группа в ОИЯИ. Сегодня это более 80 специалистов, и она является самой многочисленной среди национальных групп государств – членов ОИЯИ после Российской Федерации. При этом это очень молодая команда: средний возраст наших сотрудников – около 30 лет. Порядка 25 человек уже имеют ученые степени кандидата физико-математических наук или PhD, и, думаю, в ближайшие годы мы увидим в этой группе и первых докторов наук нового поколения.
Что особенно важно – казахстанские специалисты в ОИЯИ находятся на хорошем счету. Они работают не только на исследовательских позициях, но и все активнее берут на себя ответственность за отдельные научные направления, группы, детекторные системы и крупные проекты. Наши специалисты уже начинают занимать и руководящие должности в структуре ОИЯИ.
Для нас это очень важный этап. Мы фактически растим уже не только сильных физиков и инженеров, но и организаторов науки – людей, которые умеют формировать научные команды, координировать большие проекты, принимать управленческие решения и выстраивать международное сотрудничество. Именно появление такого поколения специалистов показывает, что национальная научная школа становится зрелой и способной не только участвовать в крупных проектах, но и брать на себя лидерство и ответственность за их реализацию.
Похожий процесс мы сейчас наблюдаем и в ЦЕРН. Если еще несколько лет назад присутствие Казахстана там было достаточно ограниченным, то сегодня название нашей страны звучит уже значительно чаще. ИЯФ участвует в нескольких коллаборациях ЦЕРН, наши специалисты работают с детекторами, участвуют в тестовых пучках, анализе данных, разработке и производстве компонентов будущих установок. Постепенно складывается репутация Казахстана как страны, которая очень динамично развивается в экспериментальной физике и способна не только участвовать в крупных проектах, но и вносить в них собственный технологический вклад.
На мой взгляд, сейчас перед нами стоит уже следующая задача. Нам недостаточно просто закрепиться в статусе заметного и надежного участника международных коллабораций. Нужно выбирать те направления, где у нас есть сильная научная школа, инфраструктура и возможность создать собственную технологическую базу, и стремиться войти в число мировых лидеров именно в этих областях.
Одним из таких направлений вполне могут стать детекторные технологии. Сегодня в Казахстан переносится технология производства straw-детекторов, развивается собственная производственная и испытательная база, наши специалисты участвуют в проектах ОИЯИ, ЦЕРН и DUNE. Вокруг этого формируются компетенции в точной механике, электронике, моделировании, программном обеспечении, новых материалах и системах контроля качества.
И здесь для меня принципиально важно, чтобы результат измерялся не только количеством публикаций или числом наших ученых за рубежом. Мы должны стремиться к тому, чтобы в крупнейших международных экспериментах можно было сказать: эту систему разрабатывали казахстанские ученые, эти компоненты произведены в Казахстане, здесь создана соответствующая технология, здесь готовится следующее поколение специалистов.
У Казахстана для этого есть и человеческий потенциал, и научная база, и главное – очень сильное молодое поколение исследователей. Поэтому, на мой взгляд, наша задача на ближайшие годы – не просто сохранить нынешнюю динамику, а конвертировать ее в устойчивые научные школы, собственные технологические компетенции и новое поколение научных лидеров и организаторов науки. Тогда Казахстан будет восприниматься не просто как активно развивающаяся страна в области экспериментальной физики, а как один из мировых центров компетенций в тех направлениях, где мы действительно способны быть сильными.
Баймуханова Аягоз
Работает в Лаборатории ядерных проблем им. В. П. Джелепова Объединённого института ядерных исследований (ОИЯИ, г. Дубна), где занимает должность заместителя директора лаборатории по научной работе.
Основное научное направление — разработка радиофармацевтических препаратов. Кандидатская диссертация посвящена созданию радионуклидного генератора для получения иттрия-90 из стронция-90 с целью применения в терапии онкологических заболеваний.
Помимо научной работы, активно занимается научно-популяризаторской деятельностью и участвует в просветительских проектах, посвящённых достижениям учёных и современной ядерной науке.
Что такое радиофармацевтические препараты и как они применяются в современной медицине?
Радиофармпрепараты — это особый класс лекарств, в состав которых входят радионуклиды. Их уникальность в том, что они работают сразу в двух направлениях: помогают обнаружить болезнь и могут воздействовать на неё. Это возможно потому, что радиоактивная метка, соединенная с биологическим вектором — молекулой избирательно связывается с опухолевыми клетками. Именно радионуклид, оказавшись в составе такого препарата, накапливается в патологических очагах, и его излучение регистрируется специальной аппаратурой, которая строит изображение распределения радиоактивности в теле. Если вместо диагностического радионуклида использовать терапевтический — например, альфа- или бета-излучающий, — можно уничтожать клетки, не задевая здоровые ткани. Это называется тераностикой theranostics — сочетанием терапии и диагностики. Сегодня такие препараты всё шире применяются в онкологии: с их помощью можно выявить опухоль на ранней стадии и начать прицельное лечение.
Почему получение терапевтических радионуклидов важно для онкологических заболеваний?
Диагностическая ядерная медицина сегодня — это вполне сложившаяся, отлаженная индустрия. Есть рутинные радиофармпрепараты на основе 18F для позитронно-эмиссионной томографии и 99mTc для однофотонной эмиссионной компьютерной томографии. Как и 18F, так и 99mTc производятся в том числе в Казахстане. Это надёжный, проверенный инструмент, который позволяет определять опухоли, оценивать их распространённость и следить за эффективностью лечения.
Но когда мы говорим о терапии, картина совсем другая. В мире утверждено лишь несколько терапевтических радиофармпрепаратов — на основе 90Y, 177Lu, 223Ra, 225Ac. Их очень мало, они дороги, и они не закрывают все потребности онкологии. При этом потребность в эффективной терапии огромна: рак остаётся одной из главных причин смертности, а метастазы и резистентные опухоли часто не поддаются традиционным методам. Поэтому развитие терапевтических радионуклидов — это ключевая задача современной ядерной медицины.
Особое место здесь занимают оже-излучатели. Это, на мой взгляд, возможное будущее ядерной медицины. Если доставить такой радионуклид прямо в ядро клетки, он может эффективно повредить ДНК и запустить гибель опухолевой клетки, почти не задевая соседние здоровые ткани. Это делает оже-терапию идеальной для борьбы с одиночными раковыми клетками и микрометастазами.
Однако есть серьёзная проблема: для оже-излучателей пока нет эффективных биологических векторов, которые могли бы доставить радионуклид именно в ядро. Большинство существующих векторов — антитела, пептиды — приводят к накоплению в цитоплазме или на поверхности клетки, а для оже-терапии критически важно попасть в ядро. Это отдельная развивающаяся область, и её прогресс откроет дорогу к клиническому применению оже-радионуклидов. Но уже сейчас понятно, что это направление очень перспективно. Мы разрабатываем методы получения таких радионуклидов, например 107Cd, и параллельно идёт поиск подходящих векторов. Я уверена, что в ближайшие годы оже-терапия сможет стать прорывом в лечении онкологических заболеваний.
Какие специалисты участвуют в создании и применении радиофармпрепаратов?
Создание и применение радиофармпрепаратов — это командная работа, где каждый специалист решает свою задачу. Радиохимики занимаются получением и разделением радионуклидов, а также их химическим связыванием с биологическими молекулами. Ядерные физики обеспечивают работу ускорителей и реакторов, на которых нарабатываются радионуклиды. Химики-органики синтезируют векторы — молекулы, которые доставляют радиоактивную метку к опухоли. Радиобиологи исследуют, как разные виды излучения действуют на клетки и ткани, какие механизмы повреждения и гибели опухолевых клеток запускаются, и как повысить эффективность терапии, не повреждая здоровые ткани. Инженеры разрабатывают оборудование для генераторов и автоматизированных систем синтеза. Врачи-онкологи применяют препараты для диагностики и лечения пациентов, а медицинские физики отвечают за дозиметрию и безопасность. Без слаженной работы всех этих специалистов создание и использование радиофармпрепаратов было бы невозможно.
Какой путь может пройти молодой ученый, который хочет заниматься ядерной медициной?
Прежде всего нужно получить фундаментальное образование — в области ядерной физики и радиохимии. Важно не только усвоить теорию, но и найти практическое применение знаниям. Я сама пришла в радиохимию после ядерной физики и поняла, что меня привлекает именно получение медицинских радионуклидов. Дальше стоит искать возможности для работы в научных центрах, где есть доступ к ускорителям, реакторам и современным лабораториям. Нужно развивать в себе упорство, потому что наука — это часто рутинный труд и неудачи, после которых важно подниматься и пробовать снова. Также пригодятся знание языков и информационные технологии. И конечно, не бояться задавать вопросы и учиться у тех, кто уже работает в этой области.
Почему ученым важно говорить с обществом о своей работе понятным языком?
Потому что наука не должна оставаться в башне из слоновой кости. Когда ученые рассказывают о своей работе простыми словами, это разрушает стереотипы — например, что наука доступна только избранным или что это исключительно мужское занятие. Такие разговоры вдохновляют молодежь выбирать научные профессии. Кроме того, открытость помогает обществу понять, что исследования направлены на решение реальных проблем, таких как борьба с раком. Это формирует доверие и показывает, что наука — это не про оружие, а про надежду и спасение жизней. И личный пример ученого, который сочетает сложную работу с обычной жизнью, тоже очень важен.
Мухаметулы Багдаулет
Заместитель директора Лаборатории нейтронной физики им. И.М. Франка ОИЯИ по научной работе. Научное направление — нейтронная физика конденсированного состояния: нейтронная радиография и томография, нейтронная рефлектометрия и дифракция, неразрушающий контроль внутренних напряжений в промышленных изделиях и конструкционных материалах.
Что изучает нейтронная физика конденсированного состояния?
Нейтронная физика конденсированного состояния изучает строение и свойства веществ на атомном и нанометровом уровнях с помощью нейтронов. Нейтроны особенно ценны тем, что позволяют исследовать не только атомную структуру материалов, но и магнитные свойства, динамику атомов, внутренние напряжения и процессы, происходящие внутри вещества.
С помощью нейтронного рассеяния можно исследовать металлы и сплавы, керамику, полимеры, магнитные и сверхпроводящие материалы, аккумуляторные материалы и многие другие объекты. При этом зачастую исследование проводится без разрушения образца.
Чем нейтронная радиография и томография отличаются от привычных методов исследования материалов?
Главное отличие заключается в том, как нейтроны взаимодействуют с веществом. Рентгеновское излучение сильнее взаимодействует с электронами, поэтому хорошо показывает материалы с большим атомным номером. Нейтроны же взаимодействуют непосредственно с атомными ядрами и имеют другую картину проникновения в вещество.
Это дает важные преимущества. Например, нейтроны хорошо проходят через многие металлы и при этом чувствительны к легким элементам, в частности к водороду. Поэтому можно увидеть распределение влаги, водорода, масел или других веществ внутри металлических конструкций, которые рентгеновскими методами обнаружить значительно сложнее.
Нейтронная томография позволяет получить трёхмерное изображение внутренней структуры объекта, не разрезая его. Фактически мы можем заглянуть внутрь изделия и увидеть скрытые дефекты или распределение различных компонентов.
Какие задачи промышленности можно решать с помощью нейтронных методов?
Спектр задач достаточно широкий. Нейтронные методы могут использоваться для неразрушающего контроля качества материалов и изделий, поиска внутренних дефектов, исследования сварных соединений, определения остаточных напряжений и изучения распределения водорода.
Особенно перспективны такие исследования для энергетики, авиационной и космической промышленности, машиностроения, нефтегазового сектора и производства новых материалов.
Например, можно исследовать внутреннее состояние деталей после механической обработки или сварки, контролировать изменения материала после эксплуатации, изучать работу аккумуляторов и топливных элементов, а также исследовать процессы деградации конструкционных материалов.
Почему неразрушающий контроль внутренних напряжений особенно важен для конструкционных материалов и изделий?
Внутренние, или остаточные, напряжения могут практически не проявляться внешне, но при этом существенно влиять на надежность изделия. Они возникают, например, после сварки, термической обработки, механической обработки или изготовления детали.
Если такие напряжения распределены неблагоприятным образом, они могут способствовать образованию трещин, деформации или преждевременному разрушению конструкции.
Нейтронная дифракция позволяет определить внутренние деформации кристаллической решетки и на этой основе оценить остаточные напряжения не разрушая изделие. Это особенно важно для крупных и дорогостоящих деталей, которые невозможно просто разрезать для проведения анализа.
Как нейтронные исследования помогают создавать и проверять новые функциональные материалы?
Сегодня недостаточно просто создать новый материал — необходимо понять, почему он обладает определенными свойствами и как эти свойства связаны с его внутренней структурой.
Нейтронные методы позволяют исследовать структуру материала в рабочем состоянии и отслеживать изменения под воздействием температуры, давления, магнитного поля или других факторов.
Например, можно изучать материалы для аккумуляторов и водородной энергетики, магнитные материалы, сверхпроводники, ядерные и конструкционные материалы. Полученная информация помогает связать атомную структуру материала с его функциональными свойствами, оптимизировать состав и технологию производства и повысить надежность конечного изделия.
Какие компетенции сегодня наиболее важны для молодых исследователей в нейтронной физике?
Современному молодому специалисту недостаточно хорошо знать только физику. Нейтронные исследования находятся на стыке нескольких направлений, поэтому особенно важны междисциплинарные знания.
Я бы выделил несколько ключевых компетенций: понимание физики нейтронного рассеяния и взаимодействия нейтронов с веществом, умение работать с экспериментальным оборудованием, обработка и анализ больших массивов данных, программирование и компьютерное моделирование, в том числе методы Монте-Карло.
Очень важно также уметь работать в международных научных командах и свободно пользоваться английским языком, поскольку современная нейтронная наука развивается благодаря международному сотрудничеству.
И, конечно, самое главное — любознательность и готовность постоянно осваивать новые методы. Сегодня молодой исследователь должен быть одновременно немного физиком, инженером, специалистом по данным и программистом.
Источник : https://www.gov.kz/memleket/entities/atom-energiyasy/press/news/details/1292889?lang=ru
Добавить комментарий