Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» совместно с Научным центром «Курчатовский институт» успешно создали уникальный атомный томограф «АтоТом». Это совершенно новый научный прибор, способный изучать материалы на самом глубоком — атомном — уровне, с точным определением химического элемента каждого отдельного атома.
Принцип работы: разбор вещества на составляющие атомы
Технология, реализованная в «АтоТом», поражает точностью и инновационностью. Для исследования используется миниатюрный образец — буквально волосок диаметром 0,3–0,4 мм и длиной до 20 мм. С помощью ультракоротких лазерных импульсов этот образец испаряется крошечными порциями, каждая из которых содержит всего один-два атома. Химический состав улетучившихся атомов практически моментально анализируется благодаря высокоточной масс-спектроскопии.
Образец помещается в особые условия: сильный вакуум и температура около 20 Кельвинов (минус 253°C). Благодаря этому удаётся исключить влияние внешних факторов и обеспечить чистоту эксперимента. Каждый испарённый атом превращается в цифровую точку данных, из которых и формируется 3D-модель изучаемого материала.
Атомная карта: визуализация и возможности обработки
Обработка результатов анализа, собранных с образца, происходит на современных вычислительных кластерах, оснащённых графическими процессорами. Это позволяет практически мгновенно строить трёхмерные карты расположения миллионов атомов в образце и детально анализировать наноструктуру вещества. Подобная точность незаменима, ведь зачастую для научных задач требуется локализовать и проанализировать положение сотен миллионов атомов, а также обнаруживать наноразмерные включения и примеси.
Профессор Сергей Рогожкин, один из руководителей проекта, подчёркивает, что именно наноструктурное строение во многом определяет свойства современных материалов, а не только их химический состав. Благодаря АтоТому становится возможным исследовать даже самые сложные, многокомпонентные материалы, где важную роль играют даже ничтожные по концентрации примеси.
Важно для науки и индустрии: от исследований до производства
Новый прибор уже готов к применению в промышленных и научных лабораториях. Его возможности востребованы в первую очередь структурами Госкорпорации «Росатом», крупными металлургическими комплексами и другими предприятиями, где критична точная характеристика материалов. Особенно актуальны такие исследования для диагностики радиационного повреждения элементов ядерных реакторов и оптимизации свойств новых сплавов для высокотехнологочных отраслей.
В перспективе учёные МИФИ рассматривают запуск серийного производства томографа — при высокой потребности отечественной промышленности и материаловедческих центров.
Прорыв в условиях санкций: импортонезависимость и собственные разработки
Конструктивной особенностью «АтоТом» стало практически полное импортозамещение комплектующих. После введения международных санкций разработчикам пришлось полностью отказаться от зарубежных деталей и создать аналоги с нуля, что в итоге повысило независимость и надёжность агрегата.
Особого внимания заслуживает созданный в МИФИ быстродействующий атомный детектор, разработанный полностью на отечественной компонентной базе. «Теперь мы не ограничены в темпах сборки и можем интегрировать детали разных российских производителей без снижения качества», — отмечает проф. Сергей Рогожкин.
Не меньшее значение имеет оригинальное программное обеспечение, запатентованное командой разработчиков. Программа не только управляет устройством, но и позволяет обрабатывать большие объёмы данных с максимальной скоростью и точностью, что критически важно для создания атомных карт.
Доступность и гибкость: преимущества отечественной разработки
В мире сейчас только одна американская фирма способна производить аналогичные томографы. Однако в сложившихся глобальных условиях в Россию прекратились как поставки новых приборов, так и техническое обслуживание уже закупленных. Здесь «АтоТом» выгодно отличается двумя ключевыми аспектами: стоимость серийных образцов вдвое ниже зарубежных аналогов, а гибкая конструкция позволяет адаптировать прибор под задачи конкретного заказчика — например, повысить чувствительность к отдельным типам атомов или иным параметрам.
Такой индивидуальный подход выгодно отличает российскую разработку на фоне типовых решений иностранных компаний, повышая её ценность как на внутреннем рынке, так и потенциал для популярности за рубежом.
Открытые перспективы и оптимизм
Создание «АтоТом» в стенах МИФИ и Курчатовского института — выдающийся пример синергии науки и практики, доказавший возможности российского материаловедения даже в условиях серьёзных внешних ограничений. Прибор полностью подтверждает свою конкурентоспособность и устойчивость, предлагая новые горизонты для изучения атомной структуры веществ.
Внедрение такой технологии позволит ускорить развитие отечественной науки, поддержать инновационную индустрию и гарантировать технологическую независимость в критически важных сферах. Команда учёных под руководством Сергея Рогожкина уверенно смотрит в будущее, осознавая огромную значимость своей работы для науки, промышленности и технологической безопасности страны.
Пресс-служба НИЯУ МИФИ
Источник: scientificrussia.ru
