Кольский центр РАН и ДВФУ создали композит для защиты космонавтов от радиации

Кольский научный центр РАН известен исследованиями в области минералогии, горного дела и освоения минерального сырья. Дальневосточный федеральный университет и Сахалинский государственный университет сосредоточены на морских исследованиях, учитывая их расположение на побережье Мирового океана. Их объединение привело к формированию нового направления — изучению космоса и процессов во Вселенной.

Освоение космоса, несмотря на разные взгляды человека — от романтизма и оптимизма до скепсиса и пессимизма, остаётся ключевым направлением развития цивилизации. Прикладная космонавтика сегодня играет важную роль в обеспечении обороноспособности и безопасности государства, особенно в условиях напряжённой международной обстановки. В долгосрочной перспективе исследования включают освоение окололунного пространства и других объектов Солнечной системы. По словам заместителя генерального директора Кольского научного центра РАН по науке, профессора ДВФУ академика РАН Ивана Тананаева, для длительных миссий в космосе требуется не только эффективные двигатели, но и современные системы жизнеобеспечения, включая защиту от радиации.

— Космическое излучение, включающее протоны, ядра гелия и тяжёлые заряженные частицы, а также фотонное излучение — нейтрино и гамма-кванты, ионизирует материал корабля и вызывает вторичное излучение внутри его корпуса, — объясняет Иван Гундарович. — Для пассивной защиты перспективны «лёгкие» материалы с высоким содержанием водорода для частиц высокой энергии и тяжёлые металлы или композиты для поглощения фотонного излучения.

Молодой заведующий лабораторией Сахалинского государственного университета Олег Шичалин занимается разработкой новых материалов для радиационной защиты космонавтов. Цель — повысить эффективность защиты при снижении массы и стоимости корабля.

— В NASA создают материалы на основе нанотрубок нитрида бора (BNNTs), лёгкие и встроенные в обшивку корабля и скафандры. Однако стоимость BNNTs достигает $1000 за грамм. Мы разрабатываем композит на основе LaB6-Al-Mg, который будет в 100–200 раз дешевле при сохранении защитных свойств. Высокую плотность достигаем методом электроимпульсного плазменного спекания, — поясняет Олег Олегович.

В статье совместного коллектива Сахалинского государственного университета, ДВФУ, Томского политехнического университета и Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья Кольского научного центра РАН, опубликованной в Materials Characterisation, описан процесс создания композитов из порошков гексаборида лантана (LaB₆) и алюминиево-магниевого сплава (Al—Mg). Смеси подвергли плазменному спеканию при 400 °C и давлении 21,5 МПа в вакууме пять минут.

В результате получены плотные двухфазные материалы из LaB₆ и интерметаллида Mg₂Al₃, сочетающие прочность металлической матрицы с эффективным поглощением тепловых нейтронов за счёт содержания бора в LaB₆. Увеличение доли металлической фазы до 90% улучшает консолидацию и равномерное распределение частиц LaB₆, что подтверждают эксперименты и минимальный разброс микротвердости. Фазовый анализ показал образование чистой двухфазной системы без побочных продуктов.

Испытания протонопоглощения продемонстрировали линейное увеличение коэффициента ослабления нейтронного потока с ростом содержания LaB₆. Наилучшие показатели показал композит с 50% LaB₆: максимальный коэффициент ослабления и минимальная толщина слоя половинного ослабления — 0,202 см.

Разработанный материал легко поддаётся инструментальной обработке, что важно для космических конструкций. Композиты открывают путь к созданию многофункциональных компонентов, способных одновременно нести механическую нагрузку и обеспечивать радиационную защиту, без применения громоздких и хрупких экранов.

Читайте также: