Ученые из МИФИ разработали уникальный прибор, который позволяет анализировать состав вещества на атомном уровне. Эта технология поможет создать новейшие сплавы для российской промышленности.
Принцип работы изобретения
Образец вещества помещается внутрь сканера и подвергается воздействию лазерных импульсов высокой мощности. Вещество испаряется послойно по одному или двум атомам за раз в вакуумной камере. Одновременно методом масс-спектроскопии в реальном времени определяется химический состав этих атомов. Такой подход позволяет фиксировать химический состав каждой частицы с высочайшей точностью и без искажений.
На основе этой информации строится трехмерная карта распределения элементов в материале с привязкой к координатам. Прибор анализирует миллионы точек и создает детальную модель внутренней структуры вещества для последующего изучения.
Уникальный прибор имеет несколько преимуществ. Во-первых, точность измерений достигает атомарного уровня. Во-вторых, лазерный метод исключает механические повреждения образца во время анализа. Это позволяет изучать уникальные материалы без риска для них в процессе исследования.
Контроль качества ядерных сплавов
Атомная отрасль требует исключительной чистоты используемых материалов для безопасной эксплуатации реакторов. Даже минимальные примеси могут повлиять на свойства ядерных сплавов и привести к непредсказуемым последствиям. Новый сканер выявляет посторонние включения на ранней стадии производства компонентов.
Сергей Рогожкин - заместитель заведующего кафедрой «Физика экстремальных состояний вещества» НИЯУ «МИФИ»В процессе эксплуатации ядерного реактора под действием радиации и высоких температур в его корпусе могут возникать вредные дефекты, которые делают материал хрупким. Чтобы его «вылечить», нужно сначала поставить диагноз – то есть увидеть такие структуры, а затем назначить терапию. Наш прибор позволяет это сделать: поняв причину, найти способ ее устранить
В итоге, применяя сканер, специалисты получают возможность контролировать качество сырья задолго до начала монтажаи эксплуатации оборудования. Это снижает риски аварийных ситуаций и продлевает срок службы узлов энергетических установок. Новая технология становится важным инструментом обеспечения надежности работы АЭС.
Материалы для двигателей будущего
Авиационная промышленность уже давно нуждается в жаропрочных материалах для создания новых поколений двигателей. Лопасти турбин работают в экстремальных температурных режимах и испытывают высокие механические нагрузки во время полета.
Точное знание атомарной структуры сплава поможет улучшить его эксплуатационные характеристики. Благодаря этому инженеры смогут оптимизировать состав материалов для конкретных условий полета и климатических зон, что повысит ресурс двигателей и снизит расход топлива за счет уменьшения веса конструкции. Таким образом, разработка МИФИ вносит вклад в потенциал развития российского авиастроения.
Перспективные сплавы проходят тестирование в лабораторных условиях перед серийным выпуском. Новый сканер позволит сократить время на доводку рецептур композитов до желаемого состава.
Пригодится для создания имплантов
Прибор открывает новые возможности для направления биомимикрии в материаловедении, разработке умных имплантов и композитов в современной медицине. Детальный анализ атомарного состава вещества позволяет воспроизвести естественную архитектуру биологических объектов на микроуровне. Такие материалы обладают уникальной прочностью и биологической совместимостью с живыми тканями организма.
Перспективы масштабирования
Технология имеет задел для серийного производства и широкого внедрения в промышленность. 3D-сканер способствует инновациям в энергетике и материаловедении за счет быстрого анализа образцов в лабораториях.
В ближайшие годы ожидается рост спроса на подобные сканеры со стороны исследовательских центров и конструкторских бюро, поэтому университет планирует расширить линейку приборов для различных отраслей. Партнерство с крупными компаниями обеспечит их серийную сборку и сбыт, а инновации в конечном итоге станут драйвером роста для смежных секторов экономики и науки.