Семинары

Такой необходимый пятый элемент

27 августа в ЛНФ состоялся семинар Отделения ядерной физики, на котором с докладом "Пятый элемент" выступил участник коллаборации TANGRA Иван РУСКОВ (Институт ядерных исследований и ядерной энергетики БАН, ОИЯИ).

Очередная научно-популярная лекция из начатой Иваном серии "Замятнинки" была посвящена бору - элементу, который, как сообщил докладчик в аннотации к выступлению, находится в центре внимания современной науки и прикладных исследований. Бор и его соединения играют важную роль в различных областях, таких как нуклеосинтез, технологии термоядерного синтеза и деления, военное дело, радиационная защита, системы контроля, ядерная медицина и науки о жизни.

Сначала И.Русков сделал небольшое отступление, посвятив пять минут рению и возможному будущему направлению исследований в ЛНФ. Рений - побочный продукт добычи медно-молибденового концентрата. "Фитодобыча" рения - извлечение его из отработанных месторож­дений с помощью растений, способных накапливать металлические компоненты в исключительно больших количествах. Докладчик сравнил возможности определения концентраций элементов с помощью нейтронного активационного анализа на установке "Регата" ИБР-2 и других аналитических методов.

Бор замыкает тройку Li-Be-B, о первых двух элементах которой И.Русков рассказывал на предыдущих семинарах. Бор используется в постоянных неодимовых магнитах, в производстве высокопрочного стекла, например для фотоэлектрических панелей, в производстве микросхем. Борные волокна и композиты используются в аэрокосмических конструкциях, броне- и пуленепробиваемых материалах. Он используется широко: от ядерных реакторов и специальных устройств до химических удобрений, инсектицидов и моющих средств, в бор-нейтронозахватной терапии онкозаболеваний.

После алмаза карбид бора B₄C является самым твердым материалом из известных человечеству. Обладая сравнительно низкой плотностью, он хорошо подходит для баллистической защиты и потому используется для брони танков. Соединения бора с алюминием, титаном и медью - прочные, коррозионно-устойчивые материалы. Прочность карбида бора при экстремальных температурах делает его идеальным выбором для использования в авиационных и космических двигателях, где требуется надежность и эффективность в сложных условиях.

На семинаре прозвучала информация о государственной важности добычи и переработки редких и редкоземельных элементов как в России, так и в США, о том, что химики Кольского научного центра РАН создали первую в России установку для производства борной кислоты из жидких отходов АЭС.

В 2023 году организация ИТЭР приняла решение использовать вольфрам для передней панели реактора вместо высокотоксичного бериллия. Бор (борирование) будет использоваться для поглощения кислорода, который может повлиять на качество плазмы. А иранские ученые исследуют LiBH₄, инновационный материал для защиты от нейтронного излучения. Китайские физики изучают экономически эффективную переработку борного шлама, побочного продукта борной промышленности, в ценные радиационно-защитные композиты с использованием недорогих и несложных технологий.

Бор - высоко-реактивный элемент, который бурно реагирует с воздухом и водой, выделяя огромное количество тепла. Он широко используется в ракетном топливе - от жидкого (для реактивных двигателей) до твердого (для гиперзвуковых ракетных двигателей). С учетом современной гонки за гиперзвуком в Китае и США возродился интерес к новым видам топлива на основе бора.

Попутно мы узнали происхождение единицы измерения сечения ядерной реакции - барна, он же амбар. Термин придумали два американских физика М.Холлоуэй и Ч.П.Бейкер, участвовавших в Манхэттенском проекте. Сначала они подыскивали подходящие имя или фамилию среди известных людей, связанных с исследованиями в этой области. Но все попытки были неудачными, а после того как очередное предложенное имя вызвало ассоциацию с названием туалета в разговорном английском, сельское прошлое одного из физиков подсказало термин "амбар". Термин увидел свет в секретном отчете из Лос-Аламоса в июне 1943 года. 1 барн равен 10^-28 м² или 10^-24 cм², или 100 фм². Мы также услышали более свежую информацию из Лос-Аламосской национальной лаборатории о проведении в октябре 2017 года измерений критической массы ядерных зарядов без перехода в критический режим. И здесь изотоп бора-10 - идеальный выбор. Он не делится и стабилен, но обладает удобным свойством - в большинстве случаев, когда его ядро захватывает нейтрон, оно испускает один гамма-квант.

Напомнил Иван и о памятной дате нашей истории - 29 августа 1949 года в СССР состоялось испытание первой атомной бомбы. В ее конструкции использоваласъ оболочка заряда из порошкообразного бора. Планируется использование карбида бора и в возможном будущем реакторе ИБР-4 - в органах системы управления и защиты.

Бор применяется и в микрочипах компьютеров для квантовых вычислений. Кубический арсенид бора - новый полупроводник с исключительной теплопроводностью и высокой подвижностью носителей заряда.

В строящемся нейтронном источнике ESS планируется использовать газ-ионизационные детекторы на основе пленки бора-10. В последние годы появились перспективные детекторы с конвертерами нейтронов на основе карбида бора B₄C, причем не только для нейтронных исследований, но и для систем радиационного мониторинга. И.Русков представил несколько работ, среди которых и ведущиеся в ЛНФ - по изготовлению и испытанию газового детектора медленных нейтронов и позиционно-чувствительного мониторного детектора медленных нейтронов с твердотельными конвертерами из карбида бора B₄C. Также в ЛНФ создан опытно-экспериментальный участок изготовления детекторов нейтронов.

Докладчик рассказал о некоторых, интересных с его точки зрения, экспериментальных исследованиях взаимодействия нейтронов с изотопами ¹⁰В и ¹¹В. Особое внимание он уделил необходимости получения более надежных и достоверных нейтронно-ядерных данных, в том числе в рамках международного научно-исследовательского проекта TANGRA. Вот и МАГАТЭ в январе этого года провело техническое совещание по стандартам нейтронных данных. На нем обсуждались необходимые действия для следующего выпуска стандартов, в том числе статус работ по измерению сечений реакции n+¹⁰B (¹¹B) и планы работ по анализу ¹¹B.

Очередная командировка Ивана Рускова в ОИЯИ завершилась. "Надеемся, сотрудничество продолжится", - сказал, закрывая семинар, его руководитель начальник Отделения ядерной физики ЛНФ В.Н.Швецов. И многие, я думаю, с ним согласятся.

Ольга ТАРАНТИНА,
фото Фам Кхак Туена (ЛНФ)