Испытания уникальной пневмопушки начались под Новосибирском на станции СКИФ

Новосибирские ученые из Института гидродинамики имени М. А. Лаврентьева СО РАН (ИГиЛ СО РАН) совершили значимый шаг в подготовке к запускам на Центре коллективного пользования «СКИФ».

Они разработали и изготовили уникальный управляемый сверхбыстрый затвор, который станет ключевым элементом станции 1-3 «Быстропротекающие процессы». Этот прибор позволит с беспрецедентной точностью изучать материалы в экстремальных условиях, что открывает новые горизонты в фундаментальной и прикладной науке.

Для эффективной регистрации сверхбыстрых процессов, которые измеряются микросекундами, необходимы одновременно два противоречивых условия. С одной стороны, требуется очень мощный пучок синхротронного излучения, который обеспечивает большой поток фотонов для сбора достаточного объема данных о динамичных явлениях. С другой стороны, необходимо крайне чувствительное оптическое и регистрирующее оборудование, включая рентгеновский детектор, способный фиксировать тончайшие изменения в структуре или характере химической реакции на маленьком участке за крайне короткий промежуток времени.

Как сообщили в пресс-службе СКИФ, чтобы дорогостоящее и чувствительное оборудование не вышло из строя под воздействием высокой тепловой и радиационной нагрузки, которая может достигать порядка 10 кВт, поток фотонов должен быть строго дозирован. Его необходимо пропускать на станцию только на время самого эксперимента. Однако рассчитать с точностью до микросекунд, например, вылет ударника из ствола пневматической пушки, невозможно.

Именно для решения этой сложной инженерной задачи сотрудники ИГиЛ СО РАН разработали управляемый сверхбыстрый затвор. Устройство представляет собой миниатюрную электромагнитную пушку: на электромагнитной катушке располагается рамка, которая приводится в движение с помощью высоковольтного блока. В момент активации рамка ускоряется до невероятных 100 000 g. Для сравнения, ускорение ракеты при запуске достигает максимум 9 g.

Затвор способен раскрыть полную апертуру (эффективную площадь пучка синхротронного излучения) всего за 10 микросекунд, пропустить пучок, после чего специальная магнитная ловушка мгновенно тормозит рамку и возвращает ее в исходное положение. В пресс-службе СКИФ подчеркнули, что все элементы импульсного быстрого затвора и высоковольтный блок изготовлены на 100% из отечественных компонентов.

Станция 1-3 «Быстропротекающие процессы» является одной из семи станций первой очереди ЦКП «СКИФ», строительство которого ведется в наукограде Кольцово под Новосибирском. Эксперименты на станции будут направлены на изучение свойств материалов в экстремальных условиях – при мощном взрыве, интенсивных импульсных ударных нагрузках и сверхвысоких температурах.

Благодаря сверхчувствительным детекторам, которые будут фиксировать процессы длительностью в тысячные и даже миллионные доли секунды, ученые смогут буквально в замедленном кино наблюдать, как распространяются ударные или взрывные волны, как образуются микротрещины и происходит разрушение образца прямо во время взрыва или при столкновении с ударником пневматической пушки.

Изучение процессов, характерное время протекания которых достигает миллионной доли секунды, жизненно необходимо для моделирования свойств авиационных и космических материалов, испытывающих колоссальные нагрузки, для уточнения параметров взрывчатых веществ, а также для решения фундаментальных задач физики твердого тела.