Ускоритель для инноваций

Ученые НАН разрабатывают один из ключевых элементов российского линейного коллайдера "Nica"

Изделия для ускорительного комплекса изготавливают методом импульсной гидроударной штамповки. Эту уникальную технологию освоили в Физико-техническом институте Национальной академии наук. С ее помощью можно изготавливать сверхточные детали из труднодеформируемых металлов. Новый метод в 3—5 раз дешевле обычного. Помимо элементов коллайдера, этим методом штампуются комплектующие для авиа- и ракетостроения. Корреспондент «Р» узнала подробности.

С помощью гидроударной штамповки можно изготовить любую деталь из металла: от чайной ложки до «черного ящика» самолета.

Есть идея

У классической листовой штамповки есть ряд недостатков. Один из них — высокая стоимость инструментальной оснастки. В результате метод окупается лишь на больших партиях. А как быть с деталями, где тиражи составляют всего десятки или сотни штук? Речь идет о деталях авиационного и космического назначения, научном оборудовании, в частности элементах коллайдера. Изготовление оснастки для них классической штамповкой становится поистине золотым.

Заведующий лабораторией высоких давлений и специальных сплавов ФТИ Артур Покровский:

— Современные технологии развиваются быстро, потому менять номенклатуру деталей приходится очень оперативно. Нужна технология, которая позволила бы быстро и относительно недорого выпускать новые типоразмеры деталей. Освоенный под руководством доктора наук Виталия Залесского, директора ФТИ НАН, метод импульсной гидроударной штамповки решил эту задачу.

Артур Покровский: «Поскольку роль пуансона выполняет жидкость, то деформируемый металл не повреждается, сохраняя исходное качество поверхности».

Спускаемся в производственный цех Физико-технического института. Именно здесь на гидроударном прессе штампуют детали резонаторов. На прессе можно изготовить любую деталь из металла: от чайной ложки до «черного ящика» самолета. И нужно ему для этого лишь несколько десятков миллисекунд. Мне, как гуманитарию, разобраться в особенностях технологии гидроудара крайне сложно, но Артур Покровский просто и доступно объяснил суть:

— Сверхкраткий и мощный импульс высокого давления позволяет легко «загнать» плоский лист металла в самые проблемные уголки гравюры штампа. Это недостижимо классической штамповкой и эффективнее при работе с труднодеформируемыми материалами. А поскольку роль пуансона выполняет жидкость, то деформируемый металл не повреждается, сохраняя исходное качество поверхности.

И ни единой царапины

Сегодня гидроударную штамповку используют при изготовлении комплектующих для авиационной и космической техники: корпусов «черных ящиков» самолетов, деталей обогрева крыла, деталей аэродромного оборудования, корпусов гироскопов подводных лодок.

Этим методом мы недавно изготовили комплект деталей для крепления видеокамеры к корпусу беспилотного летательного аппарата «Бусел-М», — берет слово ведущий научный сотрудник лаборатории высоких давлений Владимир Петраковский, работающий над освоением новых методов штамповки более 40 лет. — Мы сделали набор переходных элементов для фиксации видеокамеры к днищу аппарата для стабилизации съемки во время полета. Основная сложность была в том, что требовались абсолютно идентичные детали малым тиражом. Метод гидроудара для решения этой задачи подошел оптимально.

При использовании этого метода вероятность образования трещин на изделии меньше, а качество его поверхности выше. Владимир Петраковский показывает титановую полусферу. Это фрагмент «черного ящика» военно-транспортного самолета Ил-76. Провожу рукой по поверхности «черного ящика» и убеждаюсь: внутри и снаружи ни единой царапины!

Гигантская стройка

Сейчас белорусские ученые задействованы в проекте NICA. Это новый ускорительный комплекс, который планируется запустить в 2020 году на базе Объединенного института ядерных исследований в городе Дубна.  NICA будет работать в области энергии, которая недоступна ни одному из современных ускорителей в мире. Два миллиарда ионов, несущихся со скоростью 300 тыс. километров в секунду, будут сталкиваться семь тысяч раз в секунду…

Алексей Шведов: «Большинство вопросов решаем в режиме реального времени на регулярных скайп-видеоконференциях между Минском и Дубной».
Для чего это нужно? В первую очередь, это возможность выработки высоких энергий (создание новых типов реакторов). Запуска проекта NICA ждут в радиобиологии (терапия онкологических заболеваний), космической медицине, лунной программе. Радиоэлектронике он необходим для тестирования электронных устройств, фармацевтике — для облучения медпрепаратов с целью формирования у лекарств новых чудодейственных свойств.

Заказчики ставят перед нашими учеными задачу сконструировать и изготовить сверхпроводящий резонатор из сверхчистого ниобия. Он является ключевым узлом ускорительных секций длиной 336 метров. В них происходит передача энергии электромагнитного поля ускоряемым частицам. Проще говоря, это полая металлическая камера весьма сложной формы из ниобия, внутри которой возбуждается электромагнитная волна.

Определенный опыт у наших ученых есть. В 2014 году они выполняли проект «Ниобий-1» для японского линейного коллайдера, и тогда в испытаниях первого нашего резонатора удалось достигнуть явления сверхпроводимости и других важных параметров.

Владимир Петраковский: 

Мало кто знает, что резонаторы изготавливают из сверхчистого ниобия. Это дорогой материал, его цена в 2 раза выше серебра. Однако именно он обеспечивает сверхпроводимость, а без нее ускоритель не будет работать. К тому же ниобий крайне сложен в механической обработке, а геометрическая точность резонаторов архиважна!

Главный конструктор Алексей Шведов о ходе работ:

— Специфика конструирования в том, что одновременно ученые московского курчатовского института продолжают усовершенствовать и дорабатывать физическую модель резонатора. Большинство вопросов решаем в режиме реального времени на регулярных скайп-видеоконференциях между Минском и Дубной.

Научный сотрудник Алина Бакиновская акцентирует внимание:

— Точность технологии гидроудара в десять раз выше, чем классической штамповки. Немаловажна и экономия металла, при получении экспериментальных образцов брак полностью отсутствует.

Алина Бакиновская: «Точность технологии гидроудара в десять раз выше, чем классической штамповки».

Также в работе большую помощь оказывают молодые исследователи Дмитрий Шпарло, Станислав Шенец, Андрей Глушаков.

Важной является последующая сварка в единое целое отдельных элементов резонатора, для чего специалистам из лаборатории электрофизики под руководством Игоря Поболя и Сергея Юревича пришлось изобрести много ноу-хау, разработать специальные приспособления для сварки.

Уже через полтора-два года комплексу NICA потребуется около 20 тысяч высокоточных резонаторов. По словам Артура Покровского, наша страна может и должна стать полноправным производителем этих сложных конструкций:

— Это уникальный шанс нашим ученым заявить о себе, выйти на уровень передовых европейских и американских ядерных центров, которые открыты для новых поставщиков изделий и готовы сотрудничать.

gorbatenko@sb.by

Фото Виталия ПИВОВАРЧИКА и из архива героев материала Полная перепечатка текста и фотографий запрещена. Частичное цитирование разрешено при наличии гиперссылки.
Заметили ошибку? Пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter
Загрузка...
Новости и статьи