Исследование процессов в материалах и механизмов модифицирования поверхности под действием тепловой, пучковой и плазменной нагрузки, методов теплосъема с этих поверхностей и применение модифицированных материалов в энергетике

В отчете представлены результаты исследований, выполненных на втором этапе научно-исследовательской работы «Исследование процессов в материалах и механизмов модифицирования поверхности под действием тепловой, пучковой и плазменной нагрузки, методов теплосъема с этих поверхностей и применение модифицированных материалов в энергетике» в рамках государственного задания № FSWF–2020–0023 за 2021 год. Разработан и создан термоаккумулятор на основе фазоизменяемых материалов с повышенной теплопроводностью. Термоаккумулятор имеет модульную структуру, так что количество модулей, из которых составлен термоаккумулятор, определяется требуемым объемом запасаемой и выделяемой энергии. Изготовлена пилотная конструкция модуля, в которой в качестве фазоизменяемого материала используется парафин, а в качестве рабочего тела служит вода. Выполнены оценки и численный анализ характера теплообмена проточной воды с фазоизменяемым материалом с учетом фазового перехода. Получены модифицированные поверхности титана и углеродных композитов с размером структур, пор, нановолокон, менее 20 нанометров при мощном плазменном облучении в гелиевом разряде в плазменной установке с линейной мультикасповой магнитной системой, пучковых нагрузок в установках с электронным пучком. Проведены исследования плазмы, формирующейся при воздействии электронного луча на сталь, никелевый сплав, сплав на основе титана, сплав на основе алюминия, медь. Установлены характерные частоты колебаний сигналов ионного тока, связанные с процессами в парогазовом канале, проведена оценка скоростей плазменных потоков из парогазового канала. Проведены механические испытания и металлографические исследования сварных соединений стали в условиях динамического воздействия на перенос металла в канале проплавления за счет пилообразной осцилляции электронного луча. Показано качественное изменение формирования канала проплавления с получением сварных швов с практически параллельными стенками и сквозным каналом. Существенного изменения механических свойств не обнаружено. Получен систематизированный массив экспериментальных данных при охлаждении рабочего участка подверженного воздействию пучковой нагрузки, получена расчетная зависимость плотности снимаемого теплового потока от рабочих параметров компонентов диспергированного потока. Разработаны, сконструированы, изготовлены, смонтированы, оснащены датчиками измерений и автоматизированной системой измерений установка для исследования кипения в большом объеме. Выполнена тарировка датчиков, отработаны методики проведения экспериментов. Получена необходимая воспроизводимость результатов. Получены результаты о кипении жидкости в большом объеме на структурированной поверхности. Разработан метод вычитания фона, формируемый многократным неупругим рассеянными фотоэлектронами в неоднородных мишенях. Разработано программное обеспечение для вычитания фона рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии и расчета профиля спектральной линии рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Методом рентгеновской фотоэмиссионной спектроскопии был определен химический и фазовый состав поверхности вольфрамовых материалов, облученных высокотемпературной плазмой в плазменной установке с линейной мультикасповой магнитной системой. Создана методика вычитания фона неупруго рассеянных электронов в спектрах характеристических потерь энергии отраженных электронов. Методика основана на анализе спектров рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, так и на анализе спектра характеристических потерь энергии. Построен метод количественного расчета концентраций компонент соединений в спектроскопии пиков упруго отраженных электронов. В рамках выполнения проекта получено 3 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ, получен патент на изобретение и подготовлено 18 публикаций.