Школьник разработал механизм, упрощающий работу с установкой ИЯФ СО РАН

16.05.2021 12:00

2246

Ученик Специализированного учебно-научного центра Новосибирского государственного университета (СУНЦ НГУ) сконструировал и изготовил специальное устройство, которое упрощает эксплуатацию установки электронно-лучевой сварки Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН). Эта установка позволяет делать вакуумно-плотные сварные швы высокой чистоты. Вакуумные камеры, изготовленные с ее помощью, не содержат микротрещин и микрополостей, благодаря чему их можно использовать при создании установок, где требуется высокий уровень вакуума.

Одним из базовых принципов СУНЦ НГУ является вовлечение учеников в научно-исследовательскую деятельность. Благодаря широкому спектру спецкурсов и научных семинаров физматшкольники имеют возможность получать знания из первых рук от ведущих ученых и заниматься настоящей наукой в лабораториях институтов Новосибирского научного центра СО РАН. Плодотворное сотрудничество у школы сложилось с ИЯФ СО РАН, в лабораториях которого фмшата разрабатывают изделия, которые можно применять в работе действующих установок.

«Для физматшкольников наряду с учебными дисциплинами обязательна проектная деятельность. В СУНЦ НГУ есть лаборатории инженерного конструирования, где ребята разрабатывают новые устройства. Я выступаю куратором: помогаю в реализации идей. Во время одного из семинаров в ФМШ с участием директора ИЯФ СО РАН академика Павла Владимировича Логачева ученики подняли вопрос, можно ли попасть в институт на практику с целью выполнения определенных проектов. Павел Владимирович, который всегда поощряет такой интерес, сразу же дал мне распоряжение взять нескольких фмшат к себе в лабораторию и найти им подходящее занятие. С тех пор каждый год несколько ребят приходят в институт», — рассказал лаборант СУНЦ НГУ, младший научный сотрудник ИЯФ СО РАН Алексей Медведев.

Ученик 11 класса ФМШ Данил Тищенко узнал о возможности принять участие в работах ИЯФ СО РАН благодаря традиции шефства, которая предполагает, что ученики физматшколы, проучившиеся в школе год, делятся опытом с новым набором учащихся. Шефы Данила прошли практику в лаборатории ИЯФ и рассказали ему о такой возможности. «Я тоже загорелся идеей поучаствовать в исследованиях института. Мои шефы посоветовали обратиться к Алексею Михайловичу Медведеву, преподавателю нашего инженерного спецкурса, который по совместительству является сотрудником ИЯФ СО РАН. Договориться удалось быстро, и в декабре 2019-го я пришел к нему в лабораторию, на установку электронно-лучевой сварки. Сначала мне провели обзорный инструктаж, показали, как работает установка, объяснили, чем занимались здесь ребята до меня. Почти сразу наметилась задача, которую необходимо было выполнить: требовалось придумать и создать механизм, помогающий при открытии вакуумной камеры», — рассказал Данил.

Вакуумная камера — важная часть установки электронно-лучевой сварки. Внутри камеры размещаются опытные образцы будущих деталей из стали, меди и других материалов для сварки. «Когда воздух из камеры откачан, внутри создается вакуум, и на крышку действует сильное давление, соответственно, она очень плотно прилегает к вакуумной камере. И когда в конце цикла нам необходимо ее открыть и достать сваренную деталь, это превращается в трудновыполнимую задачу: несмотря на выравнивание давлений снаружи и изнутри установки, крышка прилипает намертво. Долгое время нам приходилось пользоваться для открытия камеры подручными инструментами. Хотелось разработать такую конструкцию крышки, чтобы она открывалась легко и практически без усилий», — пояснил Алексей Медведев.

Идея конструкции полностью принадлежит Данилу Тищенко. Он самостоятельно всё измерил и нашел подходящие материалы для своего изделия. «Я взял за основу решение, которое используется в воздушных винтовках. Там примерно такая же система: рычаг, который имеет больший пропил, что позволяет использовать его в комплексе с ручным насосом. Мне эта идея показалась подходящей с учетом того, что нужно было вращательное движение рычага переводить в поступательное движение поршня, и я взял ее на вооружение», — пояснил Данил.

Алексей Медведев подчеркнул, что выполнить эту маленькую, но ответственную задачу школьник смог за пару месяцев. «Но сама по себе работа, конечно, имеет продолжение, поскольку вокруг выполненной задачи наметился ряд подзадач, — сказал он. — Например, можно сделать не только рычаг для отпирания, но и автоматизировать задачу открытия/закрытия камеры, чтобы крышка двигалась сама, и не надо было подходить к ней. Сейчас приходится всё делать вручную, и это не всегда удобно. Можно создать какой-нибудь центрирующий механизм, который бы позволял быстро запирать крышку и при этом не прилагать столько физических усилий, как сейчас. То есть у этой задачи имеется вектор развития. Данил посмотрел, как в целом устроена работа, и, возможно, в дальнейшем сможет предложить что-то еще: новые идеи модернизации установки, эксперименты на ней, а может, в физике частиц его что-то заинтересует».

Алексей Медведев положительно оценил сложившийся опыт сотрудничества между организациями. «Эта инициатива в равной степени полезна обоим участникам, ФМШ — в плане активного вовлечения школьников в исследовательскую деятельность, ИЯФ — в плане выполнения различных работ или проверки различных идей, до которых обычно не доходят руки. Практически в каждой лаборатории найдется несложная задача по модернизации установки или идея небольшого эксперимента, которые можно выполнить независимо от основной программы исследований. За счет сотрудничества с ФМШ часть этих задач удается реализовать: изготовить прототипы (либо даже работающие устройства), провести эксперименты», — сказал он.

Установка электронно-лучевой сварки ИЯФ СО РАН позволяет сделать полностью вакуумно-плотный дегазированный шов. Вакуумные камеры, изготовленные с ее помощью, не содержат микротрещин и микрополостей и могут использоваться при создании высоковакуумных трактов. Изделия, изготовленные с помощью электронно-лучевой сварки в ИЯФ СО РАН, используются в российских и зарубежных научных установках, например, в Европейском исследовательском центре ионов и антипротонов – FAIR.