КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер 17-72-20164

НазваниеИсследование вещества в экстремальном состоянии методами лазерной интерферометрии

РуководительГубский Константин Леонидович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ", г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ

07.2017 - 06.2020

Конкурс№24 - Конкурс 2017 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе, 02-206 - Высокие давления

Ключевые словаЛазерная физика, интерферометрия, анемометрия, физика ударных волн

Код ГРНТИ29.33.47, 29.03.31, 29.27.25

СтатусУспешно завершен

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Исследование поведение вещества при воздействии на него ударных волн - важный инструмент получения информации, необходимой для разработки новых видов конструкционных и специальных материалов, применяемых в строительстве, авиации, автомобиле- и станкостроении, разработке военной техники, энергетике и многом другом. Чем выше требования к материалам, тем острее стоит проблема исследования их параметров, особенно в труднодостижимых с практической точки зрения условиях высоких давлений и температур. С практическими задачами исследования параметров широко распространенных конструкционных материалов стыкуются задачи исследования нестационарных физико-химических процессов и экстремальных состояний вещества при интенсивном импульсном воздействии как одной из наиболее актуальных фундаментальных задач физики высоких плотностей энергии (ФВПЭ). ФВПЭ охватывает большую область физики, включая физику плазмы, материаловедение и физику конденсированного состояния, атомную и молекулярную физику, магнитогидродинамику и астрофизику. Создание вещества с высокой плотностью энергии подразумевает заключение в ограниченном объёме больших энергий (более 1011 Дж/м-3). Это может быть реализовано как посредством увеличения плотности вещества при его сжатии, так и повышением температуры за счёт внешних источников энергии. Увеличение плотности вещества достигается созданием избыточного внешнего давления. Этот процесс может быть как квазистатическим (алмазные наковальни), так и динамическим. В первом случае объект помещается в однородную газовую или жидкую среду внутри цилиндрической полости металлического контейнера. Алмазы под действием мощных прессов сдавливают контейнер, при этом объект подвергается всестороннему равномерному сжатию. В такого рода установках для малого объёма вещества создаются давления мегабарного диапазона. Верхний предел достижимых давлений составляет ~ 3 Мбар, и ограничивается прочностью алмаза. Дальнейшее продвижение в область высоких плотностей энергии возможно только при переходе к динамическим методам исследования. Они основаны на импульсной кумуляции энергии в исследуемом веществе при помощи ударных волн, мощного электромагнитного или корпускулярного излучения различной природы. Создаваемые при этом температуры и давления значительно превосходят пределы термической прочности конструкционных материалов установок, что приводит к ограничениям времени существования объекта исследования в динамических экспериментах. Характерные времена определяются динамикой разлета мишени и варьируется в большом диапазоне значений ~ 10-10-10-5 с. В случае, если время энерговклада меньше времени разлёта мишени, то практически отсутствуют принципиальные ограничения на величину создаваемых в мишени максимальных плотностей энергии и давления. По существу, они лимитируются только мощностью источника энергетического воздействия (драйвера). В физике высоких плотностей энергии в настоящее время ведущую роль играет ударно-волновая техника, позволяющая получать давления 106-109 бар. Данная техника основывается на создании в веществе ударных волн, возникающих либо при столкновении ударника, разогнанного до большой скорости, с мишенью, либо скачком давления, образующимся непосредственно в ходе химической или ядерной реакции. Обработка результатов ударно-волновых экспериментов позволяет определить зависимости (термодинамические функции), связывающие между собой параметры вещества (давление, плотность, удельный объём, температуру, удельную внутреннюю энергию и др.). Подобные функции называются уравнениями состояния данного вещества (УРС), а их графическое представление в координатах (P,V), (P,T) и т.п. - фазовой диаграммой. Существует целый ряд различных записей УРС, полученных из модельных представлений о том, какие процессы и силы преобладают в каждом конкретном случае. Проект направлен на совершенствование экспериментальной базы исследований вещества, подвергаемого интенсивным импульсным воздействиям. Достигаться это будет разработкой новой методики измерения непрерывной по времени динамики массовой скорости с пространственным разрешением. Основой для разработки послужат существующие методы лазерной интерферометрии, в частности, неравноплечная интерферометрия (VISAR) и методика оптического гетеродинирования (PDV). В рамках проекта на основе разработанной методики будет создан измерительный комплекс и проведены его испытания в различных условиях на базе институтов академии наук и госкорпорации Росатом.

Ожидаемые результаты
Диагностические методики и экспериментальные подходы, которые будут разработаны в рамках проекта смогут найти свое применение в большом спектре задач разработки и исследования новых видов конструкционных материалов, химических взрывчатых веществ, автомобиле- и авиа-строении, исследования фундаментальных свойств материи. Данные о прочностных свойствах природных веществ, таких как гранит или андезит позволят оптимизировать процедуры проведения геолоразведческих работ и сооружения крупных подземных сооружений. Исследование прохождения ударных волн через хондритные и андезитные мишени, которые планируется провести в рамках отработки диагностической методики, дадут информацию о пороговых условиях разрушения потенциально опасных для земли метеоритов. Потребность в измерительных методиках, обеспечивающих возможность проводить измерение термодинамических параметров вещества, находящегося в экстремальном состоянии, остро стоит как в сфере фундаментальных исследований структуры вещества, так и в промышленности для прогнозирования поведения конструкционных материалов при внешних воздействиях. На основе разрабатываемой методики предполагается создать универсальный измерительный комплекс, способный проводить многоточечное измерение скоростей в диапазоне 100-10000 м/с, в том числе при процессах пыления, высоких температурах, значительных изменениях коэффициента отражения. С его использованием будут проведены серии экспериментов на базе ИПХФ РАН, ИКИ РАН, ИОФ РАН и РФЯЦ ВНИИЭФ. Будут проведены исследования разрушения хондритных и других метеоритоподобных мишеней ударными волнами, изучены прочностные свойства дисперсных горных пород, керамик, композиционных материалов и металлов, измерены энергетические характеристики механоактивированных смесей, дополнены данные о поведении различных веществ при больших давлениях.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---