В центре внимания – проекты нового источника
и новых спектрометров

25–26 июня в смешанном формате работала 63-я сессия Программно-консультативного комитета по физике конденсированных сред.

С информацией о выполнении рекомендаций предыдущей сессии ПКК выступил председатель комитета Д. Надь. О резолюции 139‑й сессии Ученого совета и решениях Комитета полномочных представителей правительств государств-членов Объединенного института (март) проинформировал вице-директор ОИЯИ С. А. Куликов.

С докладом «Текущий статус установки ИБР‑2, перспективы ее эксплуатации и состояние работ по созданию нового перспективного источника нейтронов для ОИЯИ» выступил директор ЛНФ Е. В. Лычагин. (С этой информацией он уже познакомил участников конференции ISINN‑32, основные моменты его выступления изложены в № 27 еженедельника – О. Т.). О «Разработке спектрометра нейтронного имиджинга и малоуглового рассеяния: завершение создания установки имиджинга и первые результаты» рассказал начальник отдела ЛНФ Д. П. Козленко.

«Некоторое время назад в рамках развития нашего комплекса спектрометров реактора ИБР‑2 было принято решение создать новую установку, которая совмещала бы два экспериментальных метода: малоуглового рассеяния нейтронов и нейтронного имиджинга (радиографии и томографии), – прокомментировал для наших читателей свое сообщение Денис Петрович.– Сегодня в пользовательском сообществе метод малоуглового рассеяния один из наиболее востребованных, порядка 25–30 процентов запросов идут на этот метод, но мы имеем лишь одну установку для таких задач, и она оптимизирована для работы с тепловым нейтронным спектром. Для того чтобы расширить наши возможности, новая установка будет оптимизирована для использования спектра холодных нейтронов на канале 10А. Она будет комплементарна к существующему спектрометру малоуглового рассеяния ЮМО и позволит получать более детальную информацию в исследовании некоторых классов объектов, в частности, макромолекул большого размера. Также холодные нейтроны дают дополнительное преимущество для исследований в области нейтронного имиджинга, когда нейтроны используются для визуализации внутреннего строения и решения задач, связанных с неразрушающим контролем, дефектоскопией, материа­ловедческих задач. Именно поэтому было принято решения создать комбинированный инструмент с возможностью использования нескольких методов.

По ряду объективных причин у нас возникли задержки с изготовлением и поставкой одного из основных элементов для завершения конфигурации малоуглового рассеяния нейтронов, позиционно-чувствительного детектора. Поэтому мы приняли решение сконцентрироваться на завершении конфигурации нейтронного имиджинга, поскольку все комплектующие компоненты для нее были созданы. В начале этого года основные элементы этой конфигурации были установлены в рабочих положениях, включая систему формирования нейтронного пучка, гонио­метр в месте размещения образца и детектор на основе sCMOS камеры, позволяющей реализовать высокую частоту получения нейтронных изображений, что особенно важно для исследований с холодными нейтронами и позволяет реализовать методы энергодисперсионной радиографии и томографии. Дело в том, что практически все кристаллические материалы имеют в коэффициенте ослабления нейтронов, определяющем контраст нейтронного изображения, специфические брэгговские скачки. Они характеризуются определенной длиной волны, разной для различных материалов и связаны с особенностями их кристаллического строения. В районе брэгговского скачка коэффициент ослабления нейтронов может изменяться в несколько раз. Таким образом, если мы настроимся на брэгговский скачок для исследуемого элемента и будем анализировать область нейтронного спектра пропускания вблизи скачка, мы тем самым сможем увеличивать контраст для этого элемента в изу­чаемом объекте на фоне других составляющих, и, соответственно, с большей точностью изучать пространственное распределение этого элемента в объекте, дефекты внутри и другие особенности. Для этой цели важно использование быстрой камеры регистрации нейтронных изображений, поскольку ее работу нужно синхронизировать с импульсами реактора и частота срабатываний должна быть не менее пяти раз в секунду.

Мы провели соответствующие эксперименты и показали, что методы энергодисперсионной радиографии и томографии могут быть реализованы на нашей установке. Таким образом, она может быть использована как для традиционных приложений, когда мы используем весь белый пучок нейтронов, но со смещением в холодный нейтронный спектр, что тоже дает ряд преимуществ для контраста некоторых материалов, так и для развития энергодисперсионных методов для более детальной пространственной визуализации отдельных элементов путем настраивания режима работы камеры на области брэгговских скачков. Это даст нам новые экспериментальные возможности, которые мы сможем предоставить как для пользователей, так и применять для реализации собственной научной программы, которая включает в себя исследования объектов культурного и природного наследия, различных конструкционных материалов, включая цементные материалы, исследование различных инженерных и технологических объектов.

Те результаты, о которых я сегодня рассказал, были в основном получены в экспериментах последнего цикла работы реактора в апреле, нам потребуется еще провести дополнительное тестирование и окончательно отработать все этапы применения метода. Это займет еще некоторое время, и возможно в следующем году мы сможем уже в стандартном режиме выполнять подобные эксперименты и использовать новые возможности как для решения собственных научных задач, так и задач, предлагаемых нашим пользовательским сообществом».

С отчетом по проекту «Методы вычислительной физики для исследования сложных систем» выступил заместитель директора ЛИТ О. Чулуунбаатар, а по проекту «Создание широкоапертурного детектора обратного рассеяния для дифрактометра ФДВР» – начальник сектора ЛНФ В. Милков. Научные доклады сделали ведущий научный сотрудник ЛНФ М. Балашою и старший научный сотрудник ЛЯР У. В. Пинаева.

Двух самых активных из присутствовавших очно членов ПКК я попросила прокомментировать центральные доклады сессии – выступления Е. В. Лычагина и Д. П. Козленко.

П. А. Алексеев

(НИЦ «Курчатовский институт»):

«Эти два доклада яркие, целостные. Доклад Дениса о создании приборной базы очень впечатляет, потому что, на мой взгляд, всё движется в правильном направлении максимального использования возможностей, которые предоставляют источники нейтронов. А доклад Егора был очень содержательным, глубоким и интересным. Он всесторонне осветил ситуацию с новым источником, куда она идет. Ученый совет или сотрудники ЛНФ должны, в конце концов, решить, какой вариант предпочтительнее, и соответственно готовиться к созданию приборной базы, учитывая все ожидаемые параметры будущего источника нейтронов, оптимизировать будущие приборы. Я могу сказать: «Молодцы – и Егор, и Денис!»

На мой взгляд, заседание комитета было очень содержательным, интересным. Хочу еще отметить выступления молодых ученых, хотя тематика их постеров разнообразна, они все были сделаны очень качественно. Молодежь выходит, я бы сказал, на мировой уровень».

А. С. Иванов

(Институт Лауэ – Ланжевена, Франция):

«Центральным докладом этой сессии ПКК стал доклад Егора Лычагина о программе функционирования реактора, о том, как он работал первые месяцы после перезапуска, и особенно важно было услышать, каковы перспективы работы ИБР‑2 на длительный период. Мы поняли, что реактор работает надежно, практически не возникает незапланированных остановок, выполняется пользовательская программа. Ресурс его довольно большой, и практически можно рассчитывать, что ИБР‑2 будет еще работать 15, а то и 20 лет, начиная с нынешнего момента. Этот срок очень важен также для того, чтобы суметь подготовить проект нового источника после того, как ИБР‑2 придется остановить по техническим параметрам. Проект нового источника должен быть обязательно принят, и остается не так много времени, чтобы решить, какого типа он будет, что очень важно, имея в виду сроки конструкторской разработки и изготовления этого источника. Существенным моментом является, будет ли использован новый тип топлива или старый, проверенный. Этот вопрос в ближайший год или два руководство лаборатории с ведущими институтами проектирования должны решить для того, чтобы вовремя начать проектирование источника. Это был центральный момент выступления.

Таким же значимым был отчет о работе по созданию новых приборов, которая ведется сейчас. Мы знаем, что имеется работающий парк спектрометров и дифрактометров малоуглового рассеяния. Был предложен и уже практически осуществлен проект нового инструмента, который позволяет, с одной стороны, делать нейтронную радиографию и томографию, с другой, проводить исследования с малоугловым рассеянием. Пока готова только томографическая опция, но в планах закончить и малоугловую, что было поддержано и рекомендовано ПКК. Мы запланировали заслушать на будущей сессии доклад о следующем новом приборе – спектрометре неупругого рассеяния, поскольку в нынешнем парке реактора работает только один такой инструмент. Нам нужен прибор, который станет спектрометром мирового уровня. Мы хотим услышать о том, как идет проектирование этого инструмента. Все эти проекты были включены в программу заседания следующего Программно-консультативного комитета».

В постерной сессии участвовали 13 молодых ученых из ЛНФ и ЛИТ. Первое место заняла работа М. В. Науменко (ЛНФ) «Малоугловое рентгеновское рассеяние (SAXS) и комплементарные методы в характеризации липосомальных систем доставки биологически активных изотио­цианатов».

По сложившейся в последние годы традиции по электронной почте прислал свои итоговые комментарии председатель ПКК Денеш Надь.

Основным докладом сессии стал доклад Е. В. Лычагина о перспективах использования ИБР‑2 и состоянии дел с проектом нового источника. Как оценили его члены ПКК?

– Доклад Е. В. Лычагина был очень хорошо воспринят членами Программно-консультативного комитета. Импульсный реактор ИБР‑2 к настоящему времени вышел на обычный режим работы – около 80 дней в году при тепловой мощности 1,45 МВт. Это уже позволило возобновить работу пользовательской программы на экспериментальных установках в прежнем объе­ме. В то же время наблюдается снижение числа новых пользователей из зарубежных научных центров. Принимая во внимание реалистичный прогноз срока службы реактора, который рассчитан до 2042 года, при оптимистичном сценарии – примерно до 2048 года, ПКК счел работу по созданию усовершенствованного источника нейтронов для ОИЯИ чрезвычайно актуальной.

Кроме того, комитет счел оправданным пересмотр подхода к проектированию нового реактора в пользу технически более достижимых решений и поддержал стремление ЛНФ оценить возможность получения существенного увеличения потоков нейтронов на экспериментальных установках. Также ПКК рекомендовал дирекции ЛНФ проанализировать причины снижения чис­ла новых пользователей ИБР‑2 из зарубежных научных центров и разработать меры по восстановлению привлекательности установок для международных пользователей. Наконец, ПКК рекомендовал продолжить систематические исследования динамики импульсных реакторов, как важной фундаментальной основы для будущих источников нейтронов, и моделирование типичных установок, принимая во внимание достижения в разработке новых типов замедлителей и нейтронной оптики, и ожидает, что новые результаты будут представлены на будущих заседаниях комитета.

По докладу Д. П. Козленко. Если я не путаю, года два-три назад ПКК рекомендовал развивать спектрометры по этому направлению исследований. Комитет удовлетворен результатом или один новый спектрометр – это мало?

– Если быть более конкретным, то ваш вопрос, очевидно, относится к разработке спектрометра для нейтронного имиджинга и малоуглового рассеяния. На самом деле, я также удивлен, как быстро летит время: вынужденная остановка ИБР‑2 началась 16 октября 2021 года, то есть почти пять лет назад. Малоугловое рассеяние всегда было узким местом на ИБР‑2. Поэтому нам явно нужен второй прибор в дополнение к столь востребованному спектрометру ЮМО. Нейтронная визуализация – это задача совершенно иного характера, к которой предъявляются быстро растущие требования во многих областях, включая материаловедение и инженерию, а также социальные и гуманитарные науки, такие как сохранение культурного наследия или археология. Отрадным фактом является то, что обе задачи могут быть решены с помощью одного инструмента.

Научные доклады М. Балашою, «Исследование структурных свойств углеродных волокон, полученных из отходов, и их потенциальное применение», и У. В. Пинаевой, «Функционализированные трековые мембраны для электрохимического определения токсичных металлов», были посвящены по большому счету экологическим задачам. Как отреагировали члены комитета на них?

– ПКК с интересом заслушал выступления М. Балашою и У. В. Пинаевой и поблагодарил их за отличные доклады. Кроме того, авторам было предложено рассмотреть возможность представления своих статей в созданный ОИЯИ журнал Natural Science Review.

Поделитесь, пожалуйста, вашими впечатлениями от атмосферы сессии, встречи с дирекцией ОИЯИ.

– Я был ею действительно очарован. Что касается всего заседания ПКК, то все члены этого органа были очень активны. Следует признать, что были технические ограничения из-за того, что некоторые члены присоединились к заседанию из очень отдаленных часовых поясов. Атмосфера на заседании ПКК, как всегда, была очень позитивной и целеустремленной. Что касается встречи с дирекцией ОИЯИ, то она прошла с технической точки зрения блестяще. На самом деле директор ОИЯИ Г. В. Трубников был в это время за пределами Дубны – и все же он удивил нас, выйдя на связь из машины, своим абсолютно содержательным участием в течение почти получаса, в том числе, по многочисленным конкретным моментам, изложенным им по памяти.

Позвольте мне сделать несколько заключительных замечаний. Во‑первых, я хотел бы еще раз подчеркнуть, что «мини-конференция» молодых ученых оказалась наилучшим способом ознакомления с результатами этих исследователей, и, на мой взгляд, нам следует придерживаться этой практики и на будущих заседаниях ПКК. Во‑вторых, я хотел бы объявить, что профессор Хартмут Фюсс (Технический университет Дарм­штадта, Германия), который, вероятно, был самым активным членом комитета за последние десятилетия, пересмотрел свое намерение уйти в отставку и останется в комитете еще как минимум на один год. Я убежден, что это большая ценность для ПКК. В‑третьих, я сердечно благодарю ученого секретаря ПКК О. В. Белова за его профессиональную работу. Без его существенного вклада проведение заседания было бы невозможным. В‑четвертых, я хотел бы отметить работу IT отдела ОИЯИ. Их работа – самая неблагодарная, потому что она становится видимой только в случае технических неполадок; при отсутствии таковых она остается скрытой.

Ольга ТАРАНТИНА,
фото Игоря ЛАПЕНКО