Уральский Центр 3D-технологий
Использование 3D-печати в научных целях
Специалисты "Uralmax" напечатали сферу для измерения нейтронов. Она поможет сделать научный прорыв.
Сотрудники Института промышленной экологии обратились в "Уральский центр 3D-технологий и цифрового производства" с просьбой помочь им в эксперименте.
— Сегодня задача измерения нейтронных потоков, наверное, одна из сложных, поскольку применяемые в настоящее время детекторы предназначены для регистрации нейтронов тепловых энергий, до 10 электронвольт, — рассказывает заведующий радиационной лабораторией Алексей Васильев. — Но на практике энергетический диапазон нейтронных полей(в частности, в атомной энергетике и на предприятиях ядерного топливного цикла)простирается до 20 мегаэлектронвольт. Условия, при которых происходит облучение персонала могут существенно отличаться. При этом важно знать спектр, в котором мы проводим измерения, поскольку это в значительной мере влияет на дозу облучения персонала. Чтобы восстановить спектр, необходимо перевести нейтроны быстрых энергий в область измеряемых, для этого используется прибор на основе метода, которому уже больше 50 лет, это спектрометр на основе сфер Боннера. Детектор нейтронного излучения помещается в центр сфер различного диаметра. Чувствительность каждой сферы соответствует определенному диапазону энергии нейронов. Меняя эти сферы, мы получаем результаты измерений скоростей счета, и по этим данным, путем решения математической задачи, восстанавливаем спектр. Сферы, как правило, делают в форме шаров из парафина или полиэтилена высокой плотности.

Алексей Васильев. Фото znak.com
Именно задача определения дозовой нагрузки на персонал от нейтронного излучения является актуальной на объектах использования атомной энергии, но на большинстве объектов она до сих пор не решена. По словам Алексея Владимировича, существуют дозиметры, которые позволяют измерить дозу нейтронного облучения, но они, как правило, калибруются на конкретных источниках с конкретным энергетическим спектром, в реальной же ситуации, спектр может быть совершенно другой.
— Мы решили привлечь современные технологии для того, чтобы проверить, насколько использование 3D-печати позволяет заменить те, достаточно старые технологии, которыми мы пользуемся сейчас. Кроме того полиэтиленовые сферы изготавливаются путем склеивания полиэтиленовых пластов, из-за чего появляются неоднородности, что также может вносить значительные неопределенности в результаты измерений. Мы предполагаем, что использование PLA-пластика позволит создать более однородную среду, то есть у нынешнего поглотителя не будет этих проблем. Сейчас начнем исследования, чтобы понять, так это или нет на самом деле.
Если опыт окажется удачным, ученые говорят о том, что собираются продолжить сотрудничество с нашим центром — планируют заказывать сферы еще большего диаметра, после чего начнут сам эксперимент по измерению спектров нейтронного излучения.

— Почему мы обратились к 3D-печати? — объясняет Алексей Васильев. — Потому что можно поиграть с заполнением, не меняя геометрии эксперимента. Сейчас предстоит проверить, насколько этот материал нам подойдет. А вот следующая задача более интересна. Мы хотим с помощью 3D-технологий создать фантом человека. Нам интересно, как нейтронное излучение влияет на различные органы и ткани. В этом смысле технологии 3D-печати помогут нам сделать сложные, подробные формы, напечатать отдельные органы, представить их не в виде каких-то прямоугольных деталей, а прямо так, как они выглядят на самом деле. Фантомы, воксель-модели можно использовать для этих целей. Сейчас задача состоит в том, чтобы удостовериться, что PLA-пластик —действительно эквивалент парафину или полиэтилену. Если мы сможем это продемонстрировать, то у этой технологии большие перспективы.
Made on
Tilda