Бабах! Грязная работа или элегантная физика?
- 23.01.2025
Вячеслав Халеменчук – сотрудник Института гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН и победитель Конкурса молодых ученых (КМУ) Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) 2024 года в секции «Синхротронное излучение» (СИ).
Вячеслав занимается физикой взрыва. Кто-то может подумать, что это грубая и грязная работа (и отчасти это справедливо), но вместе с тем постановка эксперимента со взрывом – это сложная и тонкая задача, или, как говорит сам Вячеслав, по-настоящему элегантная физика. Молодой специалист рассказал, за что полюбил физику взрыва, какие задачи актуальны для этой науки, чем ему понравился ИЯФ, а также о том, как синхротронное излучение помогает физикам-взрывникам, и какие у него ожидания от проекта СКИФ.
Вячеслав Халеменчук с разработкой, за которую было присуждено I место в Конкурсе молодых ученых. Фото А. Сковородина
– Слава, поздравляю тебя с 1 местом в КМУ! Расскажи, в чем смысл твоей работы? Почему она важна и нужна?
– В Институте ядерной физики на источниках синхротронного излучения ВЭПП-3 и ВЭПП-4м действует два экспериментальных стенда, на которых изучается физика взрыва. Во взрывных камерах проводятся эксперименты с быстропротекающими процессами. К ним относится явление взрыва, либо сильные деформации, вызываемые выстрелом из пушки – где скорость ударника составляет около 2 километров в секунду. В процессе подготовки к эксперименту перед физиками стоит задача точно установить образец под пучок синхротронного излучения. Разместить его руками довольно сложно, к тому же это занимает немало времени. Существуют различные готовые решения для подобных задач, но, как правило, это очень нежные конструкции, а содержимое взрывной камеры испытывает очень сильные нагрузки, к тому же при детонации взрывчатого вещества выделяются оксиды азота, углерод, сажа и так далее. Кроме того, наши экспериментальные сборки содержат элементы, изготовленные из различных полимеров, которые налипают на стенки взрывной камеры, и в итоге мы имеем очень сложные условия работы, поэтому известные решения по юстировке нам не подходят.
– А в чем сложность разместить образец руками?
– Сложность в том, чтобы сделать это с необходимой точностью, которая составляет одну десятую миллиметра. А также поставить заряд перпендикулярно относительно пучка СИ, либо под каким-то определенным углом, на глаз это сделать сложно. Проверку положения сборки мы проводим прецизионным рентгеновским детектором, для этого нужно закрыть взрывную камеру и включить пучок СИ. Калибровку мы повторяем до тех пор, пока нас устроит положение образца. Обычно это длится от часа до двух. И поэтому пришла идея механизировать этот процесс. Устройство получилось интересное, а самое главное – оно взрывозащищенное. Поскольку я выпускник НГТУ, кафедры газодинамических устройств, специальность – «Боеприпасы и взрыватели», я взялся за эту задачу и спроектировал взрывозащищенное устройство, которое сейчас успешно работает на станции «Субмикросекундной диагностики» на ВЭПП-3. Мне как инженеру было страшно смотреть на эту длительную подготовку к эксперименту, потому что она существенно снижала темп работы. Это и стало для меня задачей – повысить темпы работы и качество проводимого эксперимента.
– Как работает твое юстировочное устройство?
– Оно представляет из себя платформу, прикрепленную к столу взрывной камеры, которая обеспечивает передвижение образца поперек пучка СИ, на платформе размещен основной модуль вращения и вертикального перемещения. Хитростей никаких нет: винтовая передача перемещает платформу очень точно и аккуратно, вращение осуществляются с помощью карданной крестовины, которые есть в каждом автомобиле, они очень подвижны и выдерживают хорошие нагрузки. Такой узел был применен и немного модифицирован под наши условия. В результате воздействия взрыва в карданном узле происходит прогиб осей, поэтому снизу мы установили подпятник, который не даёт им сильно прогнуться. А вертикальное перемещение образца реализовано с помощью талрепа, который поднимает и опускает образец относительно пучка СИ. Такой механизм выдержал более 250 подрывов.
– Какой будет следующий этап работы?
– Следующий этап работы – автоматизация механизма, только уже не этого, а другого. Эта модель не подлежит автоматизации, потому что электродвигатели требуют установки соответствующей защиты от осколков, и когда мы начали устанавливать ее, получился очень неказистый монстр, и было принято было решение разработать новую концепцию. Новая версия получилась тоже интересная. Она представляет из себя шаровую опору с тросовым управлением. Мы делаем эту работу совместно со специалистом из Института автоматики и электрометрии. И главное, эта конструкция идеально просчитывается с помощью методики расчета донной части осколочно-фугасным снарядом, эта методика замечательно ложится на нашу задачу.
Константин Алексеевич Тен и Вячеслав Халеменчук. Фото А. Сковородина
– Чем тебя привлекает физика взрыва?
– Мне просто нравится взрывать. Как-то в детстве, мне было лет шесть, я увидел по телевизору, как проводятся взрывные работы, в результате чего домик сложился, как домино. Это было очень красиво и произвело на меня сильное впечатление. Я подумал, вот круто, они ломают, и им за это еще и деньги платят, я тоже так хочу. Загорелся и пришел к этой тематике, и влюбился в это. Главное – не бояться работать, вот и все.
– Что нового осталось в этой области, над какими задачами работают исследователи физики взрыва?
– Первая задача – исследование новых пиротехнических составов, изучается их чувствительность, механические параметры безопасности и рабочие детонационные свойства. Следующая задача – изучение каких-то процессов, например, динамической прочности конструкционных материалов. Мы исследуем поведение стыков и процесс пыления в результате взрыва или удара. Например, импульсный удар в 40 гигапаскаль по прямому конструкционному стыку. При таком воздействии из щели вылетает очень мощная струя пылевого потока. Ее скорость может достигать 5 километров в секунду, и она с легкостью пробьет 3-4 миллиметра стали. Такие процессы, кстати, хорошо видны с помощью синхротронного излучения.
– Это как раз мой следующий вопрос – в чем преимущество синхротрона в изучении подобных процессов?
– Большой бонус синхротрона в том, что он позволяет снять рентгеновское «кино» процесса взрыва с малым временем между кадрами – 124 наносекунды. И с очень короткой экспозицией – в 1 наносекунду. Поэтому исследователи получают хорошее «кино», которое детально демонстрирует динамику этого процесса. А если экспозиция была бы длинная, тогда мы бы получили размазанную картинку, как на классических рентгеновских камерах. Например, то же пыление с помощью СИ очень хорошо видно на длине стыка 20 миллиметров.
– Расскажи о практических применениях взрыва?
– Классическое применение – в боеприпасах и горном деле. Разработка карьера происходит следующим образом. Зачищается площадка, приезжает станок, пробуривает скважины, заливает эмульсионно-взрывчатое вещество, и происходит подрыв. В результате взрыва рыхлится грунт, после этого спецтехника с легкостью его забирает. А копать ковшами долго и дорого. При этом может использоваться интересное изделие – волноводы (ударные трубки Нонель). Это такие маленькие трубочки с внутренним диаметром порядка 2 мм, на них напыляют тонкий слой октогена или гексогена, в результате чего по этой маленькой трубочке происходит передача детонации. Самое интересное, что это настолько безопасно, что волновод даже можно держать в зубах, и ничего тебе не будет. Работать с волноводами очень удобно, я сам это ощутил: нежели крутить электродетонаторы, ты подцепляешь крючок к магистрали и начинаешь разводить волноводы по скважинам. Это довольно элегантная физика.
Еще одно применение взрыва в промышленности – упрочнение металлов, оно применяется, например, Новосибирским стрелочным заводом. На этом предприятии упрочняют взрывом железнодорожные стрелки, в результате их ресурс значительно возрастает.
Мой первый опыт взрывных работ был в Институте гидродинамики, мы подготавливали экспериментальные сборки, работали со взрывчатыми материалами, подготавливали эксперименты с регистрацией на рентгеновских камерах. Я занимался зарядкой взрывчатого вещества и монтажом взрывной сети. Потом в рамках учебной практики в университете принимал участие в проведении взрывных работ на открытых горных разработках, работал почти 1,5 месяца, потом снова в Гидродинамике (ИГиЛ СО РАН) и сейчас – здесь в ИЯФ.
– А на практике в чем твоя задача была?
– На практике у тебя есть скважина и взрывчатое вещество – пожалуйста, сделай так, чтобы взрывчатое вещество из одного объема переместилось в другой. Это легко и просто звучит на словах, а на самом деле – довольно занимательная задача.
– А где это было?
– Это было в Якутии, на родине.
– А ты из Якутии, получается?
– Да, из Нерюнгри.
– И как ты попал к нам?
– Я выбирал место, где буду учиться, нашел специальность «Боеприпасы и взрыватели» в НГТУ. С 17 лет я уже понимал, чем хочу заниматься, но тогда еще не знал, что буду заниматься этим именно здесь. Но мне всегда это было интересно – как элегантно что-то взорвать.
– Чем знаменит твой город? Если окажусь там, чем мне заняться, куда идти?
– В лес идти, у нас хорошая природа. И замечательный город, маленький, компактный, здоровский, снежок очень чистенький, находится в горной местности, что замечательно. У нас даже есть горячий источник, мы в нем купаемся в минус 50. Тайга большая, побродить по ней тоже интересно. Есть ледник, который даже в августе-месяце не тает, фантастическое место, оно находится в низинке между двух сопок. Когда я был школьником, мы гоняли туда на мотоциклах.
– А ты бываешь там сейчас?
– Да, у меня там родители, езжу к ним.
– Скучают родители, не планируют переехать?
– Нет, им там хорошо и сюда не надо. Там все замечательно. Мать у меня индивидуальный предприниматель, а отец уже на пенсию ушел, он был механиком, работал на разрезе с тяжелой горной техникой, и я с ним тоже немножко работал, он таскал меня по командировкам.
– И инженерную жилку тебе привил?
– Да, меня в пять лет посадили за бульдозер и сказали – «Езжай». Я с 5 лет в технике и в командировках с отцом. Как-то раз я даже чуть не увидел президента. Отец тогда работал на нефтегазовой трубе и брал меня с собой, пока у меня были каникулы. А через два дня после окончания каникул приехал президент открывать нефтегазовую трубу (Нефтеперекачивающая станция №21), это было 29 августа 2010. Хорошо, что я пошел в школу, а то бы всем влетело по полной!
– А как тебе Новосибирск? С чего началось твое знакомство с городом?
– С пробок началось. В Новосибирске меня больше всего привлекает работа. Я живу в центре, и у нас есть лесочек, где можно погулять, мне там нравится, а так город неудобный.
– А Академгородок какое впечатление производит?
– Хорошее место, тихое, спокойное, размеренное… и поэтому я сюда не очень вписываюсь, даже по манере езды. Здесь все ездят спокойно, а я – газ в палас, и полетели. Мне даже на светофоре тяжело стоять, мне надо или что взрывать, или проектировать – работать, иными словами. Я не люблю просто сидеть, не понимаю этого.
– В будущем своим детям пожелал бы заниматься физикой? Как бы отреагировал на их интерес к науке?
– Я бы хорошо отреагировал на любое дело, если у них был бы к нему настоящий интерес. Любое дело можно развить при должном интересе. Взять великих людей, того же Суворова. Он был слабый физически человек, но с большим рвением, и армия в то время, как он писал, была расхлябанная и разболтанная. И тем не менее он стремился именно туда, пришел и совершил великие победы. Так что главное желание.
– Как проводишь свободное время?
– Зимой на катке, летом езжу на природу в сторону Бердска, стараюсь активно проводить свободное время.
– Какие фильмы смотришь?
– Старые смотрю, после 2018 года я не видел, чтобы сняли что-то хорошее. Наверное, «Голодные игры» – самое интересное из последнего.
– А книги?
– А по литературе мне поставили тройку, и то условную. В школе я читал только чертежи и мануалы отца. А потом уже в студенческие годы стал читать стихи и остальное, и сейчас понемногу наверстываю упущенное. У меня был хороший педагог по литературе. Она не заставляла меня тогда читать, потому что понимала, что всему свое время, иначе можно привить отвращение к предмету. Поэтому не надо ничего навязывать человеку, лучше дать ему прийти к этому самому – как бы случайно.
– Расскажи про учебу в НГТУ.
– Замечательный университет, хороший преподавательский состав, просто потрясающий. Кафедра дружная, «корпоративная», как сказал бы Анатолий Васильевич Гуськов. Я учебу всегда вспоминаю с теплотой.
– У тебя была веселая студенческая жизнь? Какие-то байки есть?
– Баек много, но они все не для печати.
– Что тебе дал НГТУ?
– Образование, воспитание, творческую изобретательскую жилку, там я написал свой первый патент, встал на лыжи проектировщика, и я благодарен нашей кафедре, за то, что они за нас, оболтусов, так хорошо взялись, бегали за нами и немного подпинывали, это большой труд. И за веселые студенческие годы.
– Сейчас часть своего рабочего времени ты проводишь в ИЯФ, что можешь сказать про наш институт?
– В ИЯФ все довольно строго и хорошо организовано. Может быть здесь и есть какой-то бардак, свойственный крупным организациям, но со стороны это мало заметно. На меня большое впечатление произвело награждение руководством ИЯФ за победу в КМУ, мне понравилось и запомнилось отношение директора ИЯФ. Он сказал, что всех нас хочет поздравить лично, и чтобы он смог это сделать, организаторы даже перенесли награждение. И это производит впечатление – как о личности, так и об организации, которую он представляет, в целом. Это показательно.
– А про Гидродинамику что скажешь?
– Атмосфера у нас хорошая, коллектив растет и развивается. Работать интересно, ставится много задач по проектированию оборудования, по постановке эксперимента, по модернизации экспериментальных стендов.
– Какие планы у вашей команды?
– Планируем работать, ставить эксперименты, модернизировать наши стенды. Сейчас мы используем в работе две методики, это синхротронное излучение и интерферометрические системы PDV и RIF. Но вместе с коллегами из Снежинска и Сарова планируем совмещать три или четыре методики, тогда эксперимент будет очень достоверный, это будет рывок по качеству проведения эксперимента.
– А что вам даст СКИФ?
– Изменятся условия работы, у нас появятся первые по величине взрывные камеры на канале синхротронного излучения в мире. Мы сможем проводить хорошие эксперименты, исследовать динамические свойства материала при быстрых деформациях, у нас появится новый ускоритель и более мощный рентген, и мы сможем просвечивать более крупные образцы, которые не могли исследовать раньше. У нас изменится апертура пучка СИ (ширина и высота), поле зрения станет шире, и мы будем лучше видеть весь процесс от начала и до конца в динамике. И мы надеемся, что Лев Исаевич Шехтман создаст нам двухкоординатный детектор, тогда вообще заживем.
– Ты вообще рад своей победе в КМУ?
– Конечно, и я хочу выразить огромную благодарность НГТУ за мое образование и воспитание, всему большому составу преподавателей. Выражаю огромную благодарность Институту гидродинамики, где у меня было много наставников, и Константину Алексеевичу Тену, я счастлив с ним работать.
Текст и фото: А. Сковородина.
Фото 3 - юстировочное устройство.