В БелГУ 2021-2023 год реализуется проект "Разработка масштабируемой технологии изготовления ультра-низкофоновых металлических конструкционных материалов на основе титана и титановых сплавов для использования в низкофоновых и высокочувствительных детекторах космических частиц"

За третий (заключительный) этап получены следующие результаты:

Получателем гранта:

1. Разработана лабораторная установки для получения ультра-низкофонового губчатого титана с цикловой производительностью до 3 кг методом магнийтермии. Выпущен комплект чертежей.
2. Изготовлена лабораторная установка. Отличительной уникальной особенностью установки является возможность ее использования как для наработки ультра-низкофонового магния, необходимого для изготовления ультра-низкофонового титана, так и для изготовления ультранизакофоного титана, включая выполнение операции вакуумной дистилляции губчатого титана.
3. На установке был изготовлен образец губчатого титана, его механические и ультра-низкофоновые свойства были подтверждены путем проведения измерений методом МС-ИСП. ИЗ образца губчатого титана был изготовлен образец листа ультра-низкофоного конструкционного титана с механическими характеристиками, эквивалентными характеристикам сплава

Иностранным партнером:

Иностранный партнер выполнял работы, которые позволяют перейти от титанового проката к конечным изделиям. Необходимым условием такого перехода является выбор оптимальных режимов сварки, которые сохранят ультра-низкофоновые свойства материала и обеспечивают достаточную прочность сварного шва для применения конечных изделий в ультра-низкофоновых сосудах, работающих под давлением. При участии иностранного партнера было выполнено исследование процессов сварки титана с точки зрения загрязнения радиоактивными примесями. Проведено исследование лазерной, и электродуговой видов сварки титана. Показано, что лазерная сварка является оптимальной для ультра-низкофонового титана т.к. она обеспечивает сохранение радиоактивной чистоты материала на уровне неотличимом от уровня чистоты исходного материала при достаточной прочности сварного шва. При участии иностранного партнера выполнено исследование механических характеристик экспериментального образца ультра-низкофонового титана. Показано, что механические свойства соответствуют свойствам сплава ВТ1-00, что позволяет использовать полученный материал для изготовления низкотемпературных конструкций. Так же было выполнено контрольное исследование ультра-низкофоновых свойств различных образцов титана методом HP-Ge. Измерения подтвердили результаты, полученные методом МС-ИСП.

Основные научные результаты по проекту и перспективы их использования:

в результате выполнения НИ была разработана технологии изготовления ультра-низкофоновых металлических конструкционных материалов на основе титана и титановых сплавов для использования в ультранизкофоновых и высокочувствительных детекторах космических частиц и для перспективных ультранизкофоновых детекторов с объемами мишени десятки и сотни тонн, в том числе, работающий при криогенных температурах. Технология была разработана таким образом, что она может быть масштабирована до промышленных масштабов, в том числе на таких предприятиях как ОАО "СМЗ" и ПАО "ВСМПО-АВИСМА". Это достигнуто благодаря тому, что был проведен анализ применяемых на сегодня способов производства конструкционного титана и выбраны те технологические операции и технологические схемы, которые позволяют обеспечить ультра-низкофоновые свойства конечного материала. В соответствии со сделанным выбором была спроектирована лабораторная установка с цикловой производительностью 3 кг. губчатого титана. Для подтверждения ультра-низкофоновых свойств титана на этапе лабораторных и, в дальнейшем, при промышленном производстве ультра-низкофонового титана, были разработаны и проверены методики определения химических загрязнений и остаточных загрязнений альфа-распаздных изотопов, в частности урана и тория. Эти методики и накопленный опыт по их применению являются отдельным научнотехническим результатом, применимым таком разделе экспериментальной физики, как ультра-низкофоновые исследования. Уникальные методики определения химических элементов малых концентраций в конструкционном титане будут востребованы в металлургии титана при разработке новых титановых сплавов. Положительная практика совместных исследований с иностранным партнером, реализованная в рамках данного НИ подтвердила эффективность международного сотрудничества и целевой результат НИ был достигнут.