Шестиметровую пневматическую пушку собрали и испытали на площадке СКИФ

2026-01-26 11:34

Пневматическую пушку смонтировали и успешно испытали в отдельном здании станции 1-3 «Быстропротекающие процессы» Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ»). Пушка калибром 50 мм и длиной 6 м изготовлена производственной компанией «Дефорт» в Санкт-Петербурге под руководством конструкторов из Российского федерального ядерного центра ВНИИТФ (Снежинск). Скорость ударника на выходе из ствола будет достигать двух километров в секунду. Пушка состоит из камеры высокого давления и камеры низкого давления, разделенных металлической мембраной, а также ствола. Компрессор нагнетает давление до 450 атмосфер, ударник вылетает из ствола и, попадая в образец, генерирует требуемые условия плоского нагружения. В этот момент высокоскоростной рентгеновский детектор фиксирует «рентгеновское кино» о том, как происходит ударно-волновое сжатие образца.

_{Фото: Анна Плис}

«Сейчас активно развиваются технологии производства конструкционных материалов с улучшенными свойствами, появляются и внедряются в промышленность новые композитные материалы, но нет достаточного количества данных о том, как ведут себя эти материалы в экстремальных условиях. Если ударно-волновые характеристики металлов были исследованы еще советскими физиками, то таких данных о новых материалах у нас нет, и динамические эксперименты на СКИФ могут восполнить этот пробел», — рассказывает младший научный сотрудник Института гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН (ИГиЛ СО РАН) Алексей Студенников.

Эксперимент подтвердил работоспособность оборудования.

«Испытания прошли на 100% успешно. Можно даже сказать, что мы провели первый эксперимент на СКИФ, но пока без пучка синхротронного излучения. Мы достигли проектной скорости, достаточной для проведения реальных экспериментов. Осталось только принять пучок, и мы начнем получать результаты мирового уровня», — добавил Алексей Студенников.

_{На изображении: цифровая модель импульсного рентгеновского затвора}

Для проведения экспериментов с пневматической пушкой в ИГиЛ СО РАН также разработан сверхбыстрый импульсный рентгеновский затвор.

Непосредственно в момент выстрела образец испытывает нагрузки в очень короткий промежуток времени, характерное время этих процессов порядка десятков микросекунд. Основная сложность исследования таких явлений — необходимость высокого временного разрешения и высокой чувствительности регистрирующей аппаратуры, ведь скорость структурных и химических изменений образца зачастую составляет менее ста наносекунд.

Для регистрации таких процессов необходимы два противоречивых условия: первое — очень мощный пучок синхротронного излучения, что означает большой поток фотонов в единицу времени, он позволит ученым собрать достаточно данных о быстрых процессах; второе — крайне чувствительное оборудование, способное с маленького участка снять информацию о тонких изменениях в структуре или о характере протекания химической реакции в короткий промежуток времени.

Чтобы чувствительное оптическое и регистрирующее оборудование, в частности, уникальный рентгеновский детектор, не вышли из строя под воздействием высокой тепловой и радиационной нагрузки (~10 кВт), поток фотонов необходимо пропускать на станцию только на время эксперимента.

Рассчитать с точностью до микросекунд вылет ударника из ствола пневматической пушки невозможно, поэтому сотрудники ИГиЛ СО РАН разработали управляемый сверхбыстрый затвор, открывающийся со скоростью 100 м/с. Затвор представляет собой маленькую электромагнитную пушку: на электромагнитной катушке располагается рамка, которая приводится в движение с помощью высоковольтного блока. В этот момент рамка ускоряется до 100 000 g (для сравнения, ускорение ракеты при запуске — до 9 g). Рамка раскрывает полную апертуру (эффективная площадь пучка СИ) излучения за 10 микросекунд, пропускает пучок, после чего расположенная сверху магнитная ловушка тормозит рамку и возвращает в исходное положение.

Все элементы импульсного быстрого затвора и высоковольтный блок изготовлены на 100% из отечественных компонентов. После завершения испытаний пневматической пушки с использованием пучка синхротронного излучения ученые планируют провести испытания быстрого затвора.

Станция 1-3 «Быстропротекающие процессы» — одна из семи станций первой очереди ЦКП «СКИФ». Интегратором создания оборудования станции выступает Институт гидродинамики имени М. А. Лаврентьева СО РАН (ИГиЛ СО РАН). Эксперименты на станции будут направлены на изучение свойств материалов в экстремальных условиях — при мощном взрыве, импульсных ударных нагрузках и высоких температурах. Сверхчувствительные детекторы будут фиксировать процессы длительностью в тысячные доли секунды, что позволит как в замедленном кино рассматривать, как распространяются ударные или взрывные волны, как образуются микротрещины и как разрушается образец прямо во время взрыва или при столкновении с ударником пневматической пушки. Изучение процессов, характерное время протекания которых достигает миллионной доли секунды, необходимы для моделирования свойств авиационных и космических материалов, испытывающих экстремальные нагрузки, уточнения параметров взрывчатых веществ, а также решения задач фундаментальной физики. Для проведения исследований на станции предусмотрена взрывная камера и две пневматические пушки.