1. Синхротронные и нейтронные исследования (разработки) в области материаловедения для развития наукоемких производственных технологий

В настоящее время организации, действующие в реальном секторе экономики, нацелены на развитие и использование передовых производственных технологий - совокупности новых, с высоким потенциалом материалов, методов и процессов, которые используются для производства востребованных на мировом рынке продуктов или изделий (машин, конструкций, агрегатов, приборов, установок и других объектов). Возрастающая конкуренция на мировых рынках требует от отечественной промышленности внедрения материалов с заданными свойствами, новых способов их производства и конструирования, обеспечивающих качественный скачок в характеристиках продукции.

С учетом географических особенностей и существующей политико-экономической ситуации особенно важным является развитие применения синхротронных и нейтронных исследований (разработок) для повышения эффективности производства и улучшения характеристик продукции в областях энергетики (в первую очередь атомной) в целях внедрения новых и развития традиционных методов производства энергии, освоения Арктического региона, мирового океана и космического пространства, производства компонентной базы для микроэлектроники.

Применение синхротронных и нейтронных исследовательских методик, обеспечивающих атомное разрешение и неразрушающее исследование материалов, позволит также разрабатывать, сертифицировать и контролировать качество продукции.

Целью научного направления является разработка технологий получения и контроля качества конструкционных и функциональных материалов, изделий на их основе для укрепления производственной безопасности Российской Федерации за счет повышения эффективности промышленного комплекса и роста конкурентоспособности российской продукции на мировых рынках.

Основными направлениями исследований, касающихся решения принципиально новых фундаментальных и крупных прикладных задач в целях реализации приоритетных направлений научно-технологического развития Российской Федерации, связанных с переходом к новым материалам и способам конструирования, развитием экологически чистой и ресурсосберегающей энергетики, а также освоением пространства, являются:

разработка новых конструкционных материалов, аддитивных технологий для машино- и судостроения, авиа- и космической техники;

разработка новых материалов, наноразмерных структур и композитов на их основе с уникальными функциональными свойствами, а также сплавов, композитов, магнитных материалов, полупроводников, сверхпроводников и других материалов для перспективной отечественной компонентной базы микроэлектроники, оптики, оптоэлектроники, радиофотоники, сенсорики, спинтроники и других направлений;

разработка материалов для энергетики, включая ядерную и термоядерную, солнечную, химические источники тока и топливные элементы;

разработка химических и каталитических технологий, технологий для геологии и поиска полезных ископаемых, а также контроля качества окружающей среды;

создание метрологической базы для контрольных средств аттестации и сертификации ключевых изделий промышленности;

создание единой системы контроля качества для ключевых узлов и деталей промышленной продукции с применением синхротронного и нейтронного излучения.

Разработка новых конструкционных и функциональных материалов включает исследования устойчивости материалов в экстремальных состояниях и динамику их поведения в различных процессах, что требует применения времяразрешающих методик при проведении экспериментов. Особенно востребовано применение синхротронного и нейтронного излучения для изделий, работающих в экстремальных условиях (изделия для атомной энергетики, морской, космической техники, для работы в условиях высоких давлений и экстремальных температур). С помощью соответствующего окружения образца можно моделировать воздействие экстремальных условий на материалы и наблюдать в динамике изменение прочностных и функциональных характеристик изделий.

В рамках реализации Программы по данному направлению будут получены в том числе следующие результаты:

созданы новые магнитные и магнитооптические материалы, материалы и структуры для микро- и наноэлектроники, фотоники, оптоэлектроники, включая материалы для фотоэлектрических преобразователей;

получен широкий круг новых неорганических и координационных соединений, впервые определены их кристаллические структуры;

разработаны новые материалы для создания функциональных покрытий и тонких пленок;

получены новые ультравысокопористые аморфные материалы с высокими звуко- и теплоизоляционными характеристиками для применения, в том числе в условиях Арктической зоны и космоса;

разработаны технологии неразрушающего анализа напряжений и дефектоскопии сварных швов, а также ответственных, высоконагруженных изделий в судо- и самолетостроении, производстве космической техники и конструкций для освоения Крайнего Севера;

разработана технология безопасного повторного использования материалов ядерной энергетики и методов эффективного захоронения радиоактивных отходов;

разработана технология оценки распространения загрязнений в воде и почве, в том числе тяжелыми и радиоактивными металлами, синтезированы новые уникальные сорбенты тяжелых металлов для очистки и реабилитации загрязненных территорий;

разработаны металлоорганические и координационные соединения и металлокаркасы, полимерструктурированные системы и композитные массивы наноструктур, используемые при разработке новых сорбентов и катализаторов;

разработаны новые материалы, имеющие потенциал для использования при создании чувствительных компонентов датчиков и детекторов, в том числе высокочувствительных детекторов терагерцового излучения и детекторов нейтронов;

создана и внедрена в промышленность Российской Федерации единая система контроля качества с применением синхротронного излучения и нейтронов ключевых узлов и деталей продукции, включающая разработку нормативной документации о регламенте проведения контроля качества, перечень деталей и узлов, подлежащих контролю качества с применением синхротронного излучения и нейтронов, разработку и аттестацию методик контроля качества.

Для решения метрологических задач государственной системы обеспечения единства измерений на источниках синхротронного излучения должна быть создана инфраструктура для измерения и калибровки спектральной чувствительности приемников (детекторов) ультрафиолетового и рентгеновского излучения, тестирования и калибровки оптических систем, инфраструктура для использования синхротронного источника в качестве эталонного источника излучения (спектральной плотности энергетической яркости и энергетической освещенности). Созданная инфраструктура должна обеспечить международное признание результатов измерений и калибровок, выполняемых на синхротронных источниках, в странах - участницах Международной метрической конвенции (подписана в 1875 году в г. Париже).