Институт физики твердого тела, материаловедения и технологий

ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА, МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ И ТЕХНОЛОГИЙ

Направления исследований ННЦ ХФТИ

Основные результаты последних лет

Структурный анализ поликристаллов

Ядерно-физические методы исследования материалов и окружающей среды

Углерод-углеродные компзиционные материалы и изделия

Чистые металлы для микро- и наноэлектроники

Метод горячей прокатки в вакууме. Биметаллы и слоистые композиты

Активированное диффузионное насыщение в вакууме

Вакуумно-дуговые ионно-плазменные покрытия: технологии и установки

Детекторы ядерных излучений

Новые методы создания радиационностойких структур в циркониевых сплавах

Директор института - академик В.М. Ажажа

Телефон: 38 (057) 335-65-02
Факс: 38 (057) 335-17-39
e-mail: Azhazha@kipt.kharkov.ua

Направления исследований ННЦ ХФТИ

Фундаментальные и прикладные аспекты низкотемпературной и высокотемпературной сверхпроводимости.

Физика прочности и пластичности твердых тел.

Физика радиационных явлений и радиационное материаловедение. Радиационные, ионно-лучевые технологии. Трансмутация ядер и другие ядерные технологии.

Физика и химия ионно-плазменных, плазмохимических и диффузионных методов нанесения покрытий для повышения износостойкости, жаропрочности, коррозионной стойкости и улучшения других свойств материалов.

Физическое материаловедение чистых и сверхчистых металлов и полупроводников. Разработка технологии их получения и анализа.

Разработка конструкционных материалов. Композиционные материалы. Углеродные и графитовые материалы. Высокотемпературные и газостатические технологии.

Разработка и исследование ядерных топливных и поглощающих материалов. Конструкция и технология изготовления твэлов, пэлов и тепловыделяющих сборок. Обращение с отработанным ядерным топливом. Научно-техническое сопровождение ядерного топливного цикла У краины.

Основные результаты последних лет

СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ

Синтезирован сверхпроводник Nb₃Sn в виде длинномерной ленты с достигнутой предельно высокой плотностью критического тока, соответствующей достижению электронным конденсатом энергии распаривания электронной пары. На этой основе и с использованием концентраторов магнитного поля из гидроэкструдированного диспрозия создан лабораторный соленоид, позволяющий работать в полях выше 210 кЭ.

Развиты методы синтеза высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) со структурами La₂CuO₄(T_C=40 K), Yba₂Cu₃O_7-_d(T_C=92 K), Yba₂Cu₄O₈_±_d(T_C=80 K), Bi₂Sr₂CaCu₂O₈_±_d(T_C=80 K), Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O₁₀_±_d(T_C=107 K), Tl₂Ba₂Ca₂Cu₃O₉_╠_d(T_C= 120аK) и др. Изучено влияние замены элементов в различных позициях кристаллических решеток ВТСП на структуру и фундаментальные физические свойства сверхпроводников в нормальном и сверхпроводящем состояниях, что позволило оптимизировать их применение в сильноточной технике.

Развиты новые пути получения материалов сильноточной техники на базе ВТСП-материалов: направленная кристаллизация неоднофазных композитов (например Yba₂Cu₃O_7-_d+Y₂BaCuO₅), магнитное текстурирование порошков при T<T_C, лазерная обработка, активное воздействие на состояние межгранульных границ - "слабых" связей сверхпроводящих цепей - путем замены элементов и введения добавок (Ag, Nb, Zr и др.). Получены образцы ВТСП проводов и лент с критической плотностью тока j_C>4,5 10⁴A/cм². Развиты методы получения материалов сильноточной техники на базе таллиевых ВТСП с Т_C>120 К.

Изучен эффект электронного отражения фононов от границ "нормальный металл-сверхпроводник" (N-S), происходящего при изменении знака импульса фонона. Обнаружен эффект скачкообразного изменения параметров кристаллической решетки YBa₂Cu₃O_7-_d при N-S-переходе в магнитном поле. Обнаружен пороговый эффект влияния магнитного поля на характер кривых сопротивления ВТСП.

Изучено влияние облучения на транспортные свойства монокристаллов ВТСП. Обнаружен эффект изменения знака радиационного вклада в T_C в зависимости от дозы электронов с энергией 3 МэВ.

Разработаны, реализованы и защищены патентами новые устройства на основе ВТСП-материалов для систем управления - переключательные и многофункциональные логические элементы с двумя каналами управления: по магнитному полю и по току. Созданы ВТСП-материалы для применения в качестве ограничителей тока, преобразователей энергии и т.п.

Физика радиационных явлений и технологии

Развиты и созданы новые физические представления о процессах взаимодействия быстрых частиц и излучений с твердым телом, о механизмах образования дефектов и эволюции дефектной структуры. Исследованы фазовые превращения в металлах, сталях и сплавах, в полупроводниковых и сверхпроводящих материалах при облучении в реакторных и ускорительных условиях.

Разработана теория и методы экспрессной имитации радиационных явлений, протекающих в материалах активных зон ядерных и термоядерных реакторов. Обоснована и экспериментально подтверждена эффективность использования высокоэнергетичных электронов и g -квантов (30 - 250 МэВ) для имитации влияния реакторного облучения на механические свойства материалов.

Разработанные методы ускоренного (в 100 - 1000 раз) изучения и прогнозирования поведения материалов в активных зонах деления и термоядерных реакторах с помощью экологически безопасных для окружающей среды сильноточных ускорителей заряженных частиц и математического моделирования позволяют быстро отбирать материалы для внутриреакторных высокодозных испытаний и сократить в 3 - 5 раз время на исследование и разработку новых материалов.

МАТЕРИАЛОВЕДЧЕСКИЙ УСКОРИТЕЛЬ МНОГОЗАРЯДНЫХ ИОНОВ ("ЭСУВИ")

На основе изучения влияния растворенных добавок и комбинированных эффектов микролегирования, высокочастотной обработки и процессов перераспределения компонентов, сегрегации элементов при облучении на структурно-фазовые состояния, свойства и радиационную стойкость сталей и сплавов:

вскрыты новые аспекты физической природы явлений, вызванных облучением в материалах (распухание, охрупчивание, ползучесть, эрозия поверхности и др.), что позволило наметить пути повышения их радиационной стойкости;

обоснована возможность создания и существования в кристаллических и аморфных материалах неистощаемых стоков для точечных дефектов при облучении, так называемых центров рекомбинации точечных дефектов с переменной полярностью;

открыто новое явление аномальной рекомбинации радиационных дефектов в непрерывно распадающихся твердых растворах под облучением;

разработана методика расчетов и построения радиационно-модифицированных фазовых диаграмм состояний в сплавах при различных скоростях дефектообразования;

установлены закономерности эволюции структурно-фазового состояния под облучением до высоких доз с учетом каскадных механизмов растворения и роста новых фаз и других факторов.

В результате изучения изменений механических и коррозионных свойств конструкционных материалов (аустенитные и мартенситные стали, стали на основе никеля, хрома, ванадия, циркония) разработан комплексный подход для достижения высокого выгорания ядерного топлива.

Разработана технология создания из сплавов на основе циркония изделий с квазиизотропной упрочненной мелкозернистой структурой с помощью высокоскоростной термообработки. В изготовленных внутриканальных трубах и стержнях после облучения до 8*10²⁶н/м² не наблюдалось радиационного роста, а ползучесть существенно снижалась.

Выработаны новые представления о структурных изменениях в твердых телах при конденсации частиц под облучением, которые существенно расширяют возможности радиационной, ионно-пучковой и вакуумно-плазменной технологий для создания принципиально новых материалов, повышения износостойкости и коррозийной прочности инструментов и изделий.

На основе изучения процессов взаимодействия электронов и фотонов с полимерами, органическими веществами и биологическими образцами совместно с Институтом физики высоких энергий и ядерной физики созданы новые технологии радиационной стерилизации медицинского оборудования; разрабатываются новые электрофизические технологии и оборудование в области защиты окружающей среды и сельскохозяйственного производства.

ФИЗИКА И ХИМИЯ ПОКРЫТИЙ

С помощью методов рентгеновской техники, масс-спектрометрии и зондовой диагностики изучены физические параметры и процессы, проходящие в смешанной газо-металлической низкотемпературной неравновесной плазме различного состава. Показано, что при заданных условиях максимально достижимая ионизация паров металла (до 100 %) и высокие плазменно-энергетические параметры обеспечивают бездефектное прочное сцепление покрытий с материалами основы и приводят к образованию заданной структуры и свойств покрытий, при этом толщина покрытий достигает значений 10-100 микрон.

Установлено, что в условиях замедленной адатомной двумерной миграции и при отсутствии кинетического торможения реакций между металлом и металлоидом в локализованных областях поверхностного слоя конденсат образует структуры аморфного и микрокристаллического типа. Этот процесс сопровождается также образованием сильно пересыщенных твердых растворов и метастабильных фаз, отсутствующих на равновесных диаграммах состояния.

Показано, что полиэнергетический многофазный ионный поток, образованный плазменным источником, позволяет осуществлять многоцелевые технологии имплантации ионов на значительные глубины с целью модификации поверхности материалов. Это нашло применение для повышения коррозионной стойкости материалов.

В результате исследований целый ряд экологически чистых технологий нанесения покрытий при низких температурах внедрен в некоторые области производства, в т.ч. товаров народного потребления (упрочнение режущих инструментов и деталей машин, антикоррозийные и защитно-декоративные покрытия, толстослойные самонесущие изделия, высокотемпературные защитные покрытия и т.д.) Для реализации этих технологий сконструированы и изготовлены специальные установки БУЛАТ, АИР, ЯНТАРЬ, ПОТОК, БАЗАЛЬТ и др.

ОСОБОЧИСТЫЕ МЕТАЛЛЫ И НОВЫЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Разработаны комплексные физические методики производства сверхчистых металлов, которые основаны на переплаве электронным пучком, дистилляции в вакууме, зонной перекристаллизации, электропереносе, исследованы физические свойства этих материалов.

Созданы физические основы решения проблемы хрупкости бериллия. Получен сверхпластичный металл, изготовлены сверхтонкие вакуумно-плотные фольги из бериллия, длинномерные гиперпроводники из бериллия с рекордно высокой электропроводностью при температуре 77 К, малогабаритные трансформаторы из них.