Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) разрабатывают уникальное нанопокрытие для защиты от радиации, способное к "самолечению". Оно поможет защитить электронику и серьезно повысить радиационную стойкость различных материалов в атомной и космической отрасли, рассказали авторы. Результаты опубликованы в журнале Metals.
Новые радиационно-стойкие материалы, как объяснили специалисты, позволят не только усовершенствовать многие объекты ядерной промышленности, но и эффективно защитить электронику от разрушения радиацией. Особенно актуальна такая защита для космонавтики — космическая радиация способна быстро вывести из строя электронику вне защиты земной атмосферы.
Главная опасность радиации — воздействие заряженных частиц и нейтронов. Ученые ТПУ экспериментально подтвердили, что создаваемое ими многослойное композитное нанопокрытие из циркония и ниобия способно самостоятельно "залечивать" дефекты, причиняемые этими факторами.
“Радиационные дефекты в материалах — либо вакансии, то есть выбитые из кристаллической решетки атомы, либо дополнительные атомы, "застрявшие" в ней. Оба типа повреждений могут накапливаться, приводя к негодности изделий. После длительного облучения нашего покрытия пучком протонов концентрация дефектов или остается неизменной, или уменьшается за счет стока дефектов к границам слоев, где они взаимоликвидируются”, — объяснил доцент отделения экспериментальной физики Инженерной школы ядерных технологий ТПУ Роман Лаптев.
Такие свойства покрытия открывают широкие возможности для повышения радиационной стойкости различных материалов в ядерной и авиакосмической промышленности, уверены исследователи. Композит, получаемый методом магнетронного напыления, состоит из пяти слоев каждого материала толщиной около 100 нм.
“Просвечивающая микроскопия и рентгеноструктурный анализ показали, что после облучения в структуре возникают напряжения за счет накопления протонов. И расчеты, и эксперименты выявили смещение атомов циркония из оптимального положения с образованием областей пониженной электронной плотности, вблизи которых накапливаются внедренные ионы и при анализе аннигилируют позитроны”, — рассказал Лаптев.
Для экспериментального анализа структуры дефектов до и после облучения использовался уникальный метод высокой чувствительности — спектрометрия доплеровского уширения аннигиляционной линии с применением пучков позитронов с регулируемой энергией, отметили ученые.
Исследования проводились в рамках проекта Российского научного фонда №20-79-10343 в сотрудничестве со специалистами НОЦ им. Вейнберга и Лаборатории Ядерных проблем им. Джелепова Объединенного института ядерных исследований. В дальнейшем научный коллектив планирует исследования нового материала при более высоких дозах облучения.