Импортозамещающее производство наноструктурированных покрытий нейтронно-оптических компонентов прецизионными методами для приборов нейтронного рассеяния

Цель работы.В проекте предлагается разработать технологию и организовать промышленное производство многослойных покрытий и систем нейтронной оптики на их основе. Новое высокотехнологичное производство позволит достигнуть следующих целей:- предоставить научно-исследовательским нейтронным центрам новые и эффективные средства проведения исследований;- получить значимые научные результаты, позволяющие переходить к созданию новых видов научно-технической продукции;- вывести на рынок новую научно-техническую продукцию и технологию мирового уровня;- обеспечить экспортный потенциал научно-технической продукции и замещение импорта;- повысить эффективность применения находящегося в эксплуатации технологического оборудования нейтронных центров Российской Федерации;- обеспечить прогрессивные структурные сдвиги в отрасли нейтронных исследований, а также создать новые рабочие места для наукоемких кадров.Объект и методы исследования.Проект предполагает создание в рамках ПНИЭР производственной площадки, позволяющей изготовлять нейтронные суперзеркала с коэффициентом m ≥ 5 и нейтронно-оптические компоненты на их основеДля контроля качества изготовления напыленных покрытий предполагается использование нейтронной рефлектометрии УНУ "Исследовательская ядерная установка ИБР-2"Актуальность работыОсновными заказчиками на высокотехнологичном рынке производства покрытий для нейтронной оптики в Российской Федерации являются три центра нейтронных исследований. Ими являются Национальный Исследовательский Центр (НИЦ) "Курчатовский институт" - Петербургский Институт Ядерной Физики (ПИЯФ), г. Гатчина, с вводимым в строй нейтронным реактором ПИК, НИЦ «Курчатовский институт», г. Москва, с модернизированным реактором ИР-8 и Объединенный Институт Ядерных Исследований, г. Дубна, с импульсным источником нейтронов ИБР-2. Так например, ближайшие 10 лет на реакторе ПИК потребуется создание новых нейтроноводов для порядка 40 нейтронных станций с общей площадью суперзеркальных покрытий около 600 квадратных метров. Стоимость одного квадратного метра покрытия колеблется в пределах от 3 до 6 миллионов рублей в зависимости от его сложности. Дальнейшее развитие рынка нейтронных зеркал в Российской Федерации обеспечивается необходимостью регулярной замены (либо ремонта) нейтроноводов на всех работающих нейтронных центрах с периодичностью примерно один раз в десять лет. Мировые потребности в нейтронных зеркальных покрытиях, а также созданных на их основе элементах нейтронной оптики, обеспечиваются множеством исследовательских нейтронных центров, построенных или строящихся по всему миру: Франция, Англия, Германия, Швеция, США, Япония, Швейцария, Австралия, Венгрия, Египет, Индия, Канада, Китай, Марокко, Нидерланды, Чехия, и другие. Общепризнанными мировыми лидерами в производстве нейтронных зеркальных покрытий и элементов нейтронной оптики на их основе являются компании SwissNeutronics (Швейцария) и Mirotron (Венгрия). В настоящее время, в Российской Федерации единственным владельцем подобной технологии является опытное производство НИЦ "Курчатовский институт" - ПИЯФ. Однако, возможности оборудования этого производства значительно уступают запросам российского рынка и современным мировым стандартам. Разработка технологии и организация импортозамещающего промышленного производства систем нейтронной оптики на основе суперзеркальных покрытий позволит удовлетворить потребности российского рынка нейтронных зеркал, а также конкурировать на мировом рынке с лидерами в этой области.В ходе реализации проекта предполагается получение следующих материально-технических и интеллектуальных результатов.1 Лабораторная установка магнетронного распыления для нанесения прецизионных многослойных наноструктурированных покрытий – нейтронных суперзеркал. Она предназначена для непосредственного нанесения нейтронных суперзеркал на подготовленную подложку, стеклянную либо алюминиевую.2 Эскизная конструкторская документация на лабораторную установку магнетронного распыления для нанесения наноструктурированных покрытий – нейтронных суперзеркал, предназначенная для изготовления установки.3 Инструкция по эксплуатации лабораторной установки магнетронного распыления для нанесения наноструктурированных покрытий – нейтронных суперзеркал, предназначенная для обучения персонала, работающего на установке.4 Технологическая инструкция на изготовление прецизионных многослойных наноструктурированных покрытий нейтронно-оптических компонентов – нейтронных суперзеркал, предназначенная для руководства при работе на установке магнетронного распыления по изготовлению нейтронных суперзеркал.5 Технологические кары на изготовление прецизионных многослойных наноструктурированных покрытий нейтронно-оптических компонентов – нейтронных суперзеркал разного типа, предназначенные для использования в качестве рецепта приготовления нейтронных суперзеркал разного типа.6 Партия экспериментальных образцов с различным типом прецизионных многослойных наноструктурированных покрытий – нейтронных суперзеркал, предназначенные для оценки качества нейтронных суперзеркал, изготовленных на лабораторной установке магнетронного распыления для нанесения наноструктурированных покрытий.7 Пять патентов.8 Нейтроноводная система с применением нейтронно-оптических компонентов на основе прецизионных многослойных наноструктурированных покрытий – нейтронных суперзеркал, которая должна обеспечивать доставку нейтронных потоков необходимого размера и спектрального состава от реактора ИР-8 (НИЦ «Курчатовский институт») к каждой из трех разрабатываемых экспериментальных приборов нейтронного рассеяния.9 Экспериментальные приборы (3 шт.) нейтронного рассеяния, созданные с применением нейтронно-оптических компонентов на основе прецизионных многослойных наноструктурированных покрытий – нейтронных суперзеркал, в составе:9.1 Малоугловой спектрометр нейтронов, который предназначен для исследования структуры вещества на масштабах от одного до нескольких тысяч нанометров.9.2 Порошковый нейтронный дифрактометр, который предназначен для изучения структур соединений, состоящих из легких и тяжелых атомов (гидридов, оксидов), соединений с близкими по номеру элементами (сплавов, интерметаллидов), соединений с применением изотопического контрастирования (в основном с заменой водорода на дейтерий в биологических объектах) и т.д.9.3 Рефлектометр поляризованных нейтронов, который предназначен для изучения слоистых и латеральных поверхностных структур, физических и химических процессов на границах фаз, био-материалов и био-процессов, связанных с взаимодействием и переносом вещества через границы, мембраны и т.д.10 Эскизная конструкторская документация на нейтроноводную систему и три экспериментальных прибора, предназначенная для их изготовления.11 Инструкции по эксплуатации нейтроноводной системы и трех экспериментальных приборов, предназначенные для обучения персонала, работающего на установках.12 Эскизный проект и требования к помещениям и инженерным системам для размещения лабораторного напылительного комплекса, предназначенный для проведения материально технического обеспечения экспериментальной площадки, где будет установлено оборудование лабораторного напылительного комплекса.13 Предложения и рекомендации по использованию результатов интеллектуальной деятельности, их правовой охране и способам наиболее эффективного управления правами на них, предназначенные для эффективной реализации продукции, которая будет создаваться на оборудовании напылительного производства.14 Предложения и рекомендации по реализации (коммерциализации) результатов ПНИЭР, вовлечению их в хозяйственный оборот, предназначенные для определения путей реализации создаваемой лабораторным напылительным комплексом продукции.15. Проект технического задания на проведение ОТР «Опытное производство по созданию новых типов прецизионных многослойных наноструктурированных покрытий – нейтронных суперзеркал», предназначенный для создания новых типов нейтронных суперзеркал.16 Проекты технических заданий на проведение ОКР «Опытное производство по созданию новых типов нейтронно-оптических компонентов на основе нейтронных суперзеркал», предназначенные для создания новых типов нейтронно-оптических компонентов на основе нейтронных суперзеркал.17 Технико-экономическое обоснование внедрения результатов ПНИЭР на российском и международном рынках, определяющий целесообразность создания новых типов нейтронно-оптических компонентов на основе нейтронных суперзеркал.18 Финансово-экономическое обоснование внедрения результатов ПНИЭР на российском и международном рынках, позволяющий обосновать необходимость разработки новых типов нейтронно-оптических компонентов на основе нейтронных суперзеркал.Область примененияНейтронные суперзеркальные покрытия могут применяться на любых нейтронных источниках, где используются нейтронные пучки для исследований, нейтронной терапии и прочего.Напылительная технология также может использоваться при создании детектирующих элементов систем регистрации нейтронов. Высокая потребность в подобных системах также продиктована строящимися установками нейтронного рассеяния на реакторе ПИК, Россия, и на импульсном источнике ESS, Швеция. Магнетронное напыление можно успешно применять для нанесения на поверхность тонких пленок любого состава и любой заданной толщины при производстве датчиков и сенсоров различного назначения.