№30 - Відділ ядерно-фізичних досліджень

Завідувач відділу  академік НАН України, д.ф.-м.н. Сторіжко В.Ю.

У відділі ядерно фізичних досліджень проводяться фундаментальні дослідження процесів взаємодії МеВ-них іонів з речовиною, зокрема дослідження механізмів генерації фотонів, вторинних електронів та характеристичного рентгенівського випромінювання. Прикладні дослідження спеціалістів відділу присвячені створенню та вдосконаленню ядерно-фізичних методів дослідження складу і структури матеріалів, а також створенню експериментального обладнання. Зокрема, фахівцями відділу у складі аналітичного прискорюючого комплексу (АПК) створено аналітичні канали ядерних реакцій резерфордівського зворотнього розсіяння з високою роздільною здатністю, іонної люмінесценції та ядер віддачі з високою роздільною здатністю.

Група досліджень атомних і ядерних процесів: Бугай О., Крамченков А., Дрозденко М., Кравченко С., Внученко Г., Денисенко В., Перегудов О.Група досліджень атомних і ядерних процесів: Бугай О., Крамченков А., Дрозденко М., Кравченко С., Внученко Г., Денисенко В., Перегудов О.

 

Напрямки досліджень

• Дослідження процесів взаємодії прискорених іонів і електронів МеВ-них енергій з речовиною.
• Розробка ядерно-фізичних методів з субмікронною роздільною здатністю для досліджень складу і структури матеріалів.
• Створення електронних пристроїв та експериментального обладнання аналітичного прискорюючого комплексу.

Фундаментальні дослідження

• Експериментальні дослідження механізмів атомних процесів при взаємодії прискорених іонів з речовиною.
• Розроблення ядерно-фізичних методів дослідження складу і структури реакторних матеріалів. Дослідження еволюції точкових дефектів і кластерів вакансійного типу в конструкційних матеріалах під дією іонного випромінювання і наводненні (спільно з відділом №60).

Розвиток експериментальної бази

• Завершення установки з дослідження радіаційних дефектів в реакторних матеріалах за допомогою методу анігіляції позитронів.
• Розробка експериментального устаткування для дослідження впливу мікропучків прискорених іонів на біологічні об’єкти (клітини, модельні клітинні угруповання, біологічні молекули).
• Створення джерела квазімонохроматичного рентгенівського випромінювання на базі електростатичного прискорювача іонів для вивчення його впливу на біологічні об‘єкти.

Прикладні дослідження

• Застосування ядерно-фізичних методів локального аналізу для виконання програми з ядерної криміналістики (спільно з Національними лабораторіями США, спільно з відділом №50 ІПФ НАНУ).
• Застосування ядерно-фізичних методів з характеризації артефактів культурної спадщини (в рамках проекту з МАГАТЕ).
• Дослідження розплавів металів, що використовуються у якості теплоносія у ядерних реакторах нового покоління, методами ядерного мікроаналізу.

Основні досягнення

2019

Створена плоскопаралельна модель полікристала в теорії радіаційно-індукованої сегрегації (РІС), в якій використовується модель простої нахиленої міжзеренної границі з малим кутом розорієнтації. Для моделювання процесів РІС під дією іонного опроміненням розроблений комп’ютерний код, що базується на першому та другому законах Фіка з урахуванням оберненого ефекту Кіркендала. В цьому коді враховуються імплантовані атоми як додаткове джерело міжвузельних атомів в системі диференціальних рівнянь РІС та неоднорідна за глибиною зразка швидкість продукування радіаційних точкових дефектів. Розроблений код для одержання концентраційних профілів компонентів сплаву та точкових дефектів в ньому, для розрахунку яких була врахована міжзеренна границя в вихідних рівняннях. Для концентрованого металевого сплаву Fe-Cr-Ni концентраційні профілі розраховані для різних температур, густин дислокацій, швидкостей продукування радіаційних точкових дефектів та доз опромінення. Моделювання РІС проводилося до виходу на стаціонарний стан. Проаналізовано чутливість концентрацій компонентів сплаву в безпосередній близькості до поверхні від вхідних параметрів (енергій міграції вакансій Cr, Ni, Fe, енергії міграції міжвузельних атомів та ін.). Для експериментального дослідження дефектів вакансійного типу в матеріалах використано позитронно-анігіляційний спектрометр часу життя. Виконано аналіз спектрів часу життя позитронів на зразках чистого цирконію та монокристалічної міді. Результати вимірювань задовільно узгоджуються з теоретичними розрахунками. Методом температурно-програмованої десорбційної мас-спектрометрії (ТПД-МС) досліджені зразки феритної (23Г1А) та аустенітної (08Х18Н10) сталей після електролітичного насичення воднем. Експериментально показано різницю в кінетиці високотемпературного видалення водню з приповерхневих шарів α-Fe та γ-Fe. (Денисенко В.Л.)

2018

На створеному в Інституті прикладної фізики НАН України Аналітичному прискорювальному комплексі реалізовані неруйнівні методики експресного аналізу складу та структури. У складі Аналітичного комплексу є сучасний прискорювальний мас-спектрометр, що дозволяє проводити ізотопний аналіз з надзвичайною ізотопною чутливістю. Напрацьований значний досвід в дослідженнях щодо характеризації артефактів культурної спадщини і активно реалізовує методики датування. В рамках проекту Українського культурного фонду (грант 2100) були проведені навчальні семінари, які дозволяють поширювати знання щодо сучасної методології застосування ядерно-фізичних та інших комплементарних методів до об’єктів культурної спадщини та, що не менш важливо, налагодити співпрацю між кінцевими користувачами та науково-дослідницькими лабораторіями та закладами, що можуть бути задіяні для задач збереження культурної спадщини. Інститутом був ініційований процес створення Київською міською адміністрацією центру консервації археологічних артефактів із застосуванням радіаційних технологій.

(Бугай О.М., Дрозденко М.О., Білик В.М., Москаленко В.Б.)

2016

Модернізовано установку нанесення покриттів магнетронним методом з метою автоматизації процесу отримання багатошарових покриттів. Проведено підвищення потужності магнетронів та збільшення робочої площі поверхні розпилення. Регулювання та контроль швидкості нанесення покриття, його товщини здійснюється з використанням крокового двигуна та кварцового вимірювача товщини і керується  персональним комп’ютером.

(Коломієць В.М., Кравченко С.М., Кононенко І.М., Возний В.І.)

2015

Розроблена методика аналізу мікродомішок в рідких і сипучих урановмісних матеріалах методом протонно-індукованої рентгенівської емісії із застосуванням послідовної фільтрації рентгенівського випромінювання. Методика була верифікована із застосуванням зразків відомого складу. Експериментальна невизначеність склала не більше 7%

(А.Г. Харатрян, О.М. Бугай, М.І. Захарець, акад. НАН України В.Ю. Сторіжко, О.М. Бугай )

2014

Запропоновано модель пропускної здатності детектуючої системи, працюючої по типу «подовжуваний-не подовжуваний мертвий час» з урахуванням фази реєстрації імпульсів. Модель враховує вплив співпадінь на інтегральну швидкість лічби за рахунок так званого зміщення мертвого часу. Показано, що у випадку, коли в АЦП задіяний режим пікового детектора фаза дорівнює часу наростання імпульсів, а в разі режиму захисту часу наростання збігається з величиною захищеного часу. У явному вигляді отримано вираз для вихідного завантаження з урахуванням фази реєстрації імпульсів.

Пропускна здатність детектуючої системи: точки - це експериментальні дані; хрестики - результати комп'ютерного моделювання; суцільна лінія - графік теоретичної пропускної здатності отриманої в рамках запропонованої моделі.

(Хачатрян А.Г., Бугай О.М.)

2013

Створена та введена в експлуатацію установка для дослідження монокристалів методом каналювання. Система автоматизації гоніометра та збору даних побудована на базі розробленого в ІПФ НАН України універсального програмно-апаратного комплексу (УПАК), який дозволяє керувати механічною частиною, здійснювати збір інформації, а також візуалізувати отримані дані. Проведені попередні експерименти з вимірювання виходу пружнорозсіяних протонів для монокристалу Si орієнтованого віссю <111> вздовж вісі пучка та отримані характерні залежності виходу РОР при кутах близьких до критичного. Установка буде використовуватись для дослідження розподілу домішок та еволюції радіаційних дефектів матеріалах ядерної енергетики.

Залежність виходу пружнорозсіяних протонів від кута для монокристалу Si орієнтованого віссю <111> вздовж вісі пучка

(Бугай О.М., Крамченков А.Б., Внученко А.О., Ігнатенко С.М., Денисенко В.Л., Сторіжко В.Ю.)

А.А. Внученко, А.Б. Крамченков, В.Л. Денисенко, А.Н. Бугай, С.Н. Игнатенко, Ю.А. Павленко, Р.Ю. Лопаткин, В.Е. Сторижко. Автоматизированный гониометр для исследования местоположения примесных атомов в монокристаллах методом каналирования ионов //ВАНТ. 2013. №2(84), стр. 152-156.

2011

Проведені теоретичні розрахунки та експериментальні вимірювання залежності виходу квантів характеристичного рентгенівського випромінювання для різних металів Zr, Ti, Cu в діапазоні енергій протонного пучка від 800 кеВ до 1,5 МеВ. Аналіз отриманих результатів показав, що експериментальні результати добре збігаються з теоретичними (рис.1).

Рис.1. Залежність від енергії виходу квантів характеристичного рентгенівського випромінювання для різних металів Zr, Ti, Cu

Створено джерело квазімонохроматичного рентгенівського випромінювання на базі електростатичного прискорювача іонів. Джерело складається з камери, що містить мідну мішень-конвертер для генерації рентгенівського випромінювання, вікна для виводу рентгенівського випромінювання в атмосферу, тримача детектора з механізмом для зміни відстані між ним та областю генерації рентгенівського випромінювання. Конструкція дозволяє повертати конвертер навколо осі та зміщувати його положення по відношенню до іонного пучка без порушення вакууму. Таким чином, досягається можливість зміни кута між протонним пучком та поверхнею мішені на значення 7° та 45° без розгерметизації камери. Для фокусування іонного пучка на конвертері використовується дублет електростатичних квадрупольних лінз.