Центр коллективного пользования физического факультета МГУ по нелинейной акустической диагностике и неразрушающему контролю

Директор Центра

• д.ф.-м.н., профессор А.И. Коробов

Сотрудники:

• к.ф.-м.н., доцент Н.И. Одина
• к.ф.-м.н., с.н.с. Н.В. Ширгина
• к.ф.-м.н., с.н.с. М.Ю. Изосимова
• н.с. А.И. Кокшайский
• м.н.с. Агафонов А.А.
• ведущий электроник И.Н. Кокшайский

Современные акустические методы являются одними из наиболее информативных и универсальных в физике твердого тела. Эти методы позволяют исследовать как макроскопические, так микроскопические свойства твердых тел. Для координации работ, проводимых в области акустики, при кафедре акустики создан Центр коллективного пользования физического факультета МГУ по нелинейной акустической диагностике и неразрушающему контролю. Центр оснащен компьютерами и современным оборудованием ведущих фирм, производящих научное оборудование: "Polytec" - Германия; "Matec Inc.", "Agielent Technologies", "Stanford Research Systems" - США и других фирм, а также отечественным оборудованием. На основе этого оборудования создан ряд компьютеризованных измерительных комплексов для проведения исследования физических свойств твердых тел, подвергнутых различным внешним воздействиям (большим, включая пластические, деформациям, низким температурам, электрическим и магнитным полям) акустическими и фотоакустическими методами. В Центре выполняют свои научные исследования студенты, аспиранты и сотрудники ряда кафедр физического факультета. В Центре проводятся фундаментальные и прикладные исследования по ряду актуальных научных направлений, связанных с нелинейной акустикой, физикой твердого тела и новых материалов, физикой низких температур, кристаллофизикой, нелинейной акустической диагностикой промышленных изделий, строительных конструкций и геологических структур. Проведение этих фундаментальных исследований позволяет создать принципиально новые экологически чистые методы диагностики новых материалов и технических изделий.

В последнее время повышенное внимание исследователей привлекают структурно неоднородные материалы, в том числе материалы нового поколения, такие как нанокристаллические металлы и композиты. Наличие мезоскопических неоднородностей в твердых телах приводит к появлению у них ряда новых физических свойств, которые отсутствуют в однородных твердых телах. Примером этого могут служить такие квантовые явления, как отрицательное магнетосопротивление, квантовый эффект Холла и др. В реальных твердых телах наряду с физической нелинейностью, связанной с ангармонизмом кристаллической решетки, проявляется структурная (неклассическая) нелинейность, связанная с наличием дефектов и нарушением сплошности. В прикладном отношении важной особенностью этой нелинейности является то, что она имеет локальный характер и может на 2-4 порядка превышать физическую нелинейность. Уникальные диагностические возможности упругих волн обусловили огромный международный интерес к созданию сверхчувствительных методов акустической диагностики свойств материалов. Работы в этом направлении активно развернуты в ведущих университетах Европы, США и Японии. Помимо очевидной прикладной направленности этих работ, интерес к проблеме стимулируется и фундаментальными вопросами нелинейной физики и физики твердого тела, ряд из которых до сих пор выяснен не полностью.

В Центре имеется комплекс современной автоматизированной исследовательской аппаратуры для изучения влияния внешних воздействий (температуры, электрических и магнитных полей, давления) на линейные и нелинейные акустические свойства твердых тел. Среди установок, на которых сейчас работают студенты и аспиранты:

• лазерный сканирующий виброметр PSV-300 фирмы Polytec (Германия);
• ультразвуковой измерительный комплекс фирмы MATEC (США);
• автоматизированная установка для дистанционной нелинейной акустической диагностики биологических тканей in vitro (оригинальная разработка);
• автоматизированная фотоакустическая установка для исследования нелинейного параметра в интервале температур 77-400 К (оригинальная разработка).

Профессор А.И. Коробов и аспирант Д.М. Мехедов рядом с измерительным комплексом MATEC

Аспирантка кафедры Ван Нин и студенты Изосимова М. и Козлов А. учатся работать на лазерном сканирующем виброметре фирмы Polytec PSV-300

Некоторые ранее полученные научные результаты:

• впервые в ВТСП-керамике измерены коэффициенты упругости 3-го порядка и исследована их температурная зависимость в области фазового перехода в сверхпроводящее состояние;
• впервые исследованы нелинейные акустические свойства сплава висмут-сурьма в области топологического фазового перехода при 4,2К и статических деформациях до 0,02;
• впервые исследовано влияние образования системы тяжелых фермионов на нелинейные акустические свойства кондо-системы CeAl3 в области гелиевых температур;
• проведен теоретический анализ распространения акустических волн в однородно деформированных кристаллах;
• измерены коэффициенты упругости третьего порядка в ряде кристаллов и конструкционных материалов;
• впервые измерены линейные и нелинейные упругие коэффициенты, а также нелинейный акустический параметр в ряде конструкционных материалов при изменении их дефектной структуры;
• впервые экспериментально исследованы особенности распространения акустических волн малой и конечной амплитуды в поликристаллических металлах в широкой области статических упругопластических деформаций.

Основные направления научных исследований, проводимых в Центре в настоящее время:

• исследование фазовых переходов (структурных, сегнетоэлектрических, электронно-топологических) в твердых телах;
• фотоакустические методы диагностики конденсированных сред;
• создание дистанционных методов нелинейной акустодиагностики;
• бесконтактная диагностика биотканей методами нелинейной акустики;
• взаимодействие упругих волн большой интенсивности в микро- и наноматериалах с остаточными напряжениями и дефектами;
• визуализация и локализация остаточных напряжений и дефектов в микро- и нанокристаллических материалах методами нелинейной акустики и лазерной доплеровской виброметрии.

Научные исследования, проводимые в Центре, поддерживаются Грантами РФФИ, в выполнении которых активное участие принимают студенты и аспиранты кафедры акустики. Это позволяет студентам и аспирантам принимать участие в российских и зарубежных конференциях.

Аспирантка Изосимова М. с постером "Visualization of oscillations of the thin solid plate with defects using the laser scanning vibrometer." в летней школе "Imaging, Communication and Disorder" на Корсике, Франция, 11-18 июня 2006г.

Аспирантка Изосимова М. и студентка Прохорова Е. с постером "Flaws spotting and elastic modulus definition in phantoms of biological tissues by methods of laser Doppler vibrometry" на международном конгрессе по ультразвуку ICU-2007 в г. Вена 9-14 апреля 2007 г.