При создании систем очистки и хранения водорода важно понимать основные закономерности его взаимодействия с композитами. В том числе знать, как происходит изменение структуры материала при встраивании в его кристаллическую решетку атомов водорода. Это напрямую влияет на эксплуатационные свойства материала, такие как скорость сорбции/десорбции водорода и циклическая стабильность.
Нейтронный порошковый дифрактометр — прибор для исследования атомной и магнитной структуры кристаллов при различных физических воздействиях, например, температуры и давления, путем анализа рассеяния тепловых нейтронов – ученые разрабатывают на базе исследовательского ядерного реактора ТПУ.
«Нейтронная дифракция — один из основных современных методов структурного анализа кристаллов. Она имеет некоторые преимущества по сравнению с рентгеновской, поскольку для нейтронов доминирующим взаимодействием является взаимодействие с ядром атома, а не с электронами, как для рентгеновских лучей. Вследствие этого взаимодействия нейтроны более чувствительны к легким элементам, таким как водород и литий, и их чувствительность может быть изменена путем изотопного замещения. При этом физические и химические свойства образца практически не меняются», — рассказывает научный сотрудник лаборатории перспективных материалов и обеспечения безопасности водородных энергосистем отделения экспериментальной физики ИЯТШ Максим Сыртанов.
Схема размещения нейтронного порошкового дифрактометра на канале ГЭК-8 реактора ИРТ-Т
В процессе измерений при помощи прибора ученые «ловят» отраженное излучение от исследуемого объекта в широком угловом диапазоне. На основе полученных данных формируется дифрактограмма — картина пространственного распределения излучения, рассеянного исследуемым образцом. Анализируя представленные на дифрактограмме рефлексы, их положение интенсивность и форму, можно определить, что это за вещество и каковы его структурные параметры.
На данном этапе проект находится на стадии разработки конструкторской документации прибора. Политехники осуществляют данный этап совместно со специалистами Института сильноточной электроники СО РАН и Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» – ПИЯФ (Гатчина).
«Дифрактометр будет почти полностью выполнен из компонентов отечественного производства. Одной из особенностей прибора является использование детектирующей системы на основе сцинтилляторов. Сцинтилляторы — особые вещества, обладающие способностью излучать свет при поглощении ионизирующего излучения. Их использование является более дешевым решением по сравнению с применяемыми классическими газонаполненными детекторными системами на основе гелия. Кроме того, такие детекторы обладают более высокой чувствительностью. Разработкой детекторных систем для нейтронного порошкового дифрактометра занимаются специалисты Томского политехнического университета в сотрудничестве с коллегами из Объединенного института ядерных исследований», — комментирует руководитель отделения экспериментальной физики Андрей Лидер.
Планируется, что к монтажу нейтронного дифрактометра специалисты приступят во второй половине 2024 года.
Кроме анализа структуры материалов-накопителей водорода и мембранных систем для очистки водорода прибор будет также эффективен для определения других легких элементов в кристаллических образцах, а также для изучения магнитных материалов.