Neitronu radiogrāfijas eksperimenti Paula Šerēra Institūtā Šveicē

No 5. augusta līdz 5. oktobrim LU Skaitliskās Modelēšanas Institūta (SMI) pētnieks Mihails Birjukovs strādā par viespētnieku Paula Šerēra Institūtā (PSI) Šveicē. Projekta “Skaitliskās modelēšanas pieeju izstrāde kompleksu multifizikālu mijiedarbības procesu izpētei elektromagnētiskajās škidrā metāla tehnoloģijās” (Nr. 1.1.1.1/18/A/108) ietvaros Mihails un citi SMI darbinieki veic 3 eksperimentu sērijas.

Eksperimentos tiek pētīta burbuļu ķēžu plūsma šķidrajā metālā magnētiskā lauka klātbūtnē. Lai novērotu argona burbuļu plūsmu citādi necaurspīdīgā gallijā, tiek izmantota neitronu radiogrāfija. Tās darbības principu varētu salīdzināt ar rentgena attēlu iegūšanu. Tā kā rentgenstari mijiedarbojas ar elektroniem, tad gallijs, kas ir viens no biežāk izmantotajiem modeļšķidrumiem, absorbē rentgenstarus daudz intensīvāk nekā neitronus, kuri nemijiedarbojas ar elektroniem, bet gan tikai ar atomu kodoliem. Tāpēc ar neitronu radiogrāfiju ir iespējams daudz labāk “saskatīt” mazāk absorbējošus burbuļus metālā, nekā to pieļauj rentgenstari.

Pateicoties ievērojamai atšķirībai starp neitronu absorbcijas koeficientiem (absorbcija un izkliede), argonam un gallijam (lielāks), neitronu plūsmai izejot cauri paraugam, tiek veidoti attēli, kuros redzama gāzes burbuļu plūsma. Šo neitronu īpašību izmanto LU SMI pētnieki, apskatot miniaturizētu modeļa sistēmu, kurā šķidrs gallijs tiek maisīts ar argona gāzes burbuļiem. Tā kā sistēmai raksturīgie parametri ir ļoti līdzīgi industriālos procesos sastopamajiem, eksperimentos iegūtās atziņas pēc tam būs iespējams pārnest uz lielākā mēroga sistēmām.

Eksperimenti tiek veikti gan magnētiskajā laukā, gan bez tā, turklāt ar atšķirīgiem gāzes plūsmas ātrumiem. Eksperimentu sērijas mērķis ir saprast, kā magnētiskā lauka orientācija, intensitāte un plūsmas ātrums ietekmē burbuļu ķēžu plūsmas stabilitāti un tās raksturlielumus. Jāatzīmē, ka PSI neitronu radiogrāfijas iekārtas ir unikālas, jo tās nodrošina pietiekami lielu neitronu plūsmas intensitāti, lai būtu iespējams uzņemt attēlus ar pietiekami lielu laika izšķirtspēju, bet tajā pašā laikā plūsma nav pārāk intensīva, kas neļautu veikt ilgstošus mērījumus gallija aktivācijas dēļ. Eksperimentu laikā tika arī pilnveidota iepriekš izstrādāta attēlu apstrādes programma, ar kuras palīdzību no attēliem iegūst datus, kurus tad var salīdzināt ar skaitlisku modeli.

Eksperimentos lielu lomu spēlēja arī SMI darbinieks Jevgēnijs Teličko, izstrādājot gāzes padeves un gallija sildīšanas sistēmas, Pēteris Zvejnieks, kurš arī devās uz PSI un piedalījās otrajā eksperimentu sērijā, un Fizikas Institūta vadošais pētnieks Imants Bucenieks, kas ir veidojis eksperimentā izmantotās magnētiskā lauka sistēmas konstrukcijas.


SMI pieteikums šīs eksperimentu sērijas veikšanai ir ieguvis 1. vietu projektu priekšlikumu konkursā. Tuvākā laikā uz PSI dosies SMI darbinieks Mārtiņš Klevs, lai piedalītos trešajā eksperimentu sērijā.