Однако физика композитов во многом остается "белым пятном". И без серьезной научной проработки таких материалов не создать. Ученые новосибирского Академгородка связывают надежды на прорыв в данном направлении (и не только в этом) с проектом мегасайенс - строительством источника синхротронного излучения "СКИФ".
Композитные материалы состоят из волокна и матрицы, как, например, знакомый всем стеклопластик, из которого делают легкие и прочные лыжные палки. Видов волокон и матриц - множество, а еще больше вариантов их соединения, но единой теории, описывающей свойства композитов, до сих пор не создано. Предложено два десятка моделей, увы, у всех есть существенные недостатки.
- В нашей лаборатории занимаются разработкой теоретических моделей по определению механических свойств композитных материалов. Сегодня проблема долговечности и прочности композитных материалов - очень серьезный вопрос, требующий проведения огромного объема испытательных работ. И конечно, хотелось бы оптимизировать этот процесс, для этого и нужна хорошая теория, - отмечает младший научный сотрудник лаборатории физики быстропротекающих процессов Института теоретической и прикладной механики (ИТПМ) СО РАН Артем Филиппов.
Одно из направлений, которым занимаются в ИТПМ, - улучшение свойств композитов с помощью нанопорошков. Так, добавка в эпоксидную смолу всего 1,2 процента наноразмерного диоксида кремния увеличивает прочность композитной арматуры, используемой в строительстве, сразу на треть. Но при этом исследователям приходится по-прежнему пользоваться трудоемким и дорогостоящим методом проб и ошибок.
- Физическая природа явления разрушения композитов - как при предельных нагрузках ведут себя волокно и матрица - остается открытой задачей для науки, - продолжает Артем Филиппов. - Возможно, после того, как построят источник синхротронного излучения "СКИФ", мы сможем с его помощью получить ответы на ряд вопросов в этой области.
Чем же эта новая установка так привлекает ученых? Дело в том, что уникальные свойства синхротронного излучения позволяют буквально снимать кино "из жизни молекул" - разрешающая способность позволяет увидеть отдельные атомы, причем не застывшую картинку, как в электронном микроскопе, а процесс в динамике. Источники синхротронного излучения (ИСИ) используют уже не первое десятилетие, но в "СКИФе", по замыслу его создателей, будет воплощено все лучшее на сегодняшний день - он будет соответствовать уже четвертому (наивысшему) поколению ИСИ.
- Параметры, которые мы запланировали для будущего синхротрона, близки к предельно достижимым, - подчеркнул замдиректора Института ядерной физики СО РАН Евгений Левичев.
Для строительства Сибирского кольцевого источника фотонов (так расшифровывается аббревиатура "СКИФ") выделен участок недалеко от Академгородка - в наукограде Кольцово. Такой выбор не случаен, ведь молекулярные биологи и вирусологи, работающие на расположенном здесь ГНЦ "Вектор", уже выстраиваются в очередь на эксперименты на "СКИФе".
- Изучение структурных изменений вирусных белков в жизненном цикле вирусов позволит выявить их "ахиллесову пяту", для блокирования которой будут разрабатываться новые противовирусные препараты и вакцины, - поясняет гендиректор ГНЦ вирусологии и биотехнологии "Вектор" Ринат Максютов.
Впрочем, новый мегапроект интересен и биологам, и химикам, и геологам, но, пожалуй, больше всего задач для "СКИФа" поставят материаловеды. Так, атомщикам нужно знать, что происходит с материалом стенок реактора при его эксплуатации. А физики надеются разработать технологию высокопрочной лазерной сварки титановых и алюминиевых сплавов, применяемых в авиа- и ракетостроении. Ну и, конечно, разгадать секреты композитов.
- Для нашего института тут есть фундаментальная научная задача, - подчеркнул директор ИТПМ СО РАН Александр Шиплюк.
Запуск первой очереди проекта "СКИФ" намечен на 2024 год, стоимость строительства оценивается в 37,1 миллиарда рублей.