Группа ученых НИЯУ МИФИ и НИЦ «Курчатовский институт» представила новый атомный томограф «АтоТом», предназначенный для детального исследования структуры материалов на атомном уровне с возможностью определения химической природы атомов. Этот прибор, по сути, способен осуществлять анализ материалов, помещая в него образцы размером, сравнимым с человеческим волосом — диаметром от 0,3 до 0,4 миллиметра и длиной 15-20 миллиметров.
Принцип работы томографа заключается в использовании лазерных импульсов для испарения материала наноскопическими порциями, что позволяет извлекать буквально один или два атома за раз. Химический состав этих испаренных атомов затем определяется с помощью масс-спектроскопии. В процессе анализа образец помещается в вакуум и охлаждается до температуры около 20 Кельвинов, что соответствует минус 250 градусам по Цельсию. Полученные данные обрабатываются на мощных компьютерах с графическими процессорами, в результате чего создается трехмерная карта расположения атомов в исследуемом образце.
Сергей Рогожкин, профессор кафедры физики экстремальных состояний вещества, подчеркивает значимость таких исследований. «Люди давно поняли, что свойства материала определяются не только его составом, но и структурой. В последние десятилетия установлено, что именно наноструктура играет ключевую роль в определении свойств современных материалов», — отметил он. По его словам, подобные исследования особенно актуальны для материалов с химически сложным составом, содержащим от 10 до 20 компонентов, где даже незначительные примеси могут существенно повлиять на конечные свойства композита или сплава.
Разработанный томограф уже готов к сотрудничеству с индустриальными партнерами в области исследования материалов, и в перспективе рассматривается возможность серийного производства таких приборов. На данный момент единственным производителем аналогичных устройств в мире является американская компания AMETEK (CAMECA), которая прекратила поставки и техническое обслуживание своих приборов в Россию в свете нынешней геополитической ситуации.
Сергей Рогожкин отметил, что «АтоТом» не уступает зарубежным аналогам по качеству и имеет два явных преимущества: во-первых, его серийные образцы будут как минимум в два раза дешевле, а во-вторых, в НИЯУ МИФИ готовы адаптировать устройства под специфические требования заказчиков, в отличие от зарубежных производителей, предлагающих только стандартные решения. Это создает возможность заинтересовать потенциальных клиентов и за пределами России.
Первый вариант установки был готов еще в конце 2021 года, однако введение международных санкций потребовало от разработчиков дополнительных усилий по замене импортных комплектующих. «Мы успешно решили задачу доработки и создания компонентов устройства на собственной базе. Одной из ключевых новаций стал быстродействующий детектор, который мы разработали с нуля на российских компонентах, что делает систему полностью отечественной», — подчеркнул Рогожкин. Кроме того, разработчики самостоятельно создали и запатентовали программное обеспечение как для управления прибором, так и для математической обработки полученных данных.
Ведущие материаловедческие центры Госкорпорации «Росатом», а также крупные металлургические и промышленные компании проявляют интерес к установкам для атомно-зондовой томографии. Такие исследования имеют особое значение для «Росатома», поскольку они необходимы для оценки степени радиационного повреждения деталей ядерных реакторов. Эта технология позволяет проводить детальный анализ материалов на атомарном уровне, что крайне важно для обеспечения безопасности и долговечности компонентов ядерных систем.
