Підготовка наукових кадрів

Аспірантура та докторантура

Інститут прикладної фізики НАН України здійснює підготовку спеціалістів вищої кваліфікації через аспірантуру та докторантуру за спеціальностями:

Аспірантура

• 01.04.01 – фізика приладів, елементів і систем;
• 01.04.02 – теоретична фізика;
• 01.04.16 – фiзика  ядра,  елементарних частинок і високих енергій;
• 01.04.20 – фізика пучків заряджених частинок;
• 03.00.02–біофізика.

Докторантура

• 01.04.01 – фізика приладів, елементів і систем;
• 01.04.02 – теоретична фізика;
• 01.04.16 – фiзика  ядра,  елементарних частинок і високих енергій;

Необхідні документи

Аспірантура

1. заява;
2. особовий листок з обліку кадрів;
3. автобіографія;
4. характеристика-рекомендацiя з місця роботи (особам, що вступають до аспірантури безпосередньо після закінчення  вузу  необхідно  мати рекомендацію вченої ради вузу або факультету);
5. копія диплома про закінчення вищого навчального закладу із зазначенням одержаної кваліфікації спеціаліста або магістра;
6. список опублікованих наукових праць і винаходів. Вступники до аспірантури , які не мають опублікованих наукових праць і винаходів, подають наукові реферати з обраної ними наукової спеціальності;
7. медична довідка про стан здоров’я за формою № 086-у;
8. посвідчення про складання кандидатських іспитів (за наявності складених кандидатських іспитів);
9. копія паспорта;
10. фотокартка 3х4 см

Докторантура

1. заява;
2. особовий листок з обліку кадрів;
3. автобіографія;
4. копія диплома про закінчення вищого навчального закладу із зазначенням одержаної кваліфікації спеціаліста або магістра;
5. список опублікованих наукових праць і винаходів;
6. розгорнутий план дисертації на здобуття наукового ступеня доктора наук;
7. копія диплома про присудження наукового ступеня кандидата наук;
8. медична довідка про стан здоров’я за формою № 086-у;
9. копія паспорта;
10. фотокартка 3х4 см;

Документи подаються щорічно з 20 липня по 10 вересня.

Зарахування до докторантури проводиться щорічно з 1 вересня.

До аспiрантури з вiдривом вiд виробництва приймаються на конкурсній основі особи вiком до 35 рокiв, без вiдриву - до 45 рокiв, якi мають вищу освiту і  кваліфікацію спеціаліста або магістра та виявили схильність до наукової діяльності.

Абітурієнти складають вступні іспити з філософії, іноземної мови та обраної наукової спеціальності (в обсязі програми для вузу)  щорічно з 1 жовтня. 

Розклад екзаменів

Навчальний  рік  починається  з  1  листопада.

Контактна інформація

Науково-організаційний відділ

(0542) 22-46-08, aspirantura [at] ipfcentr [cdot] sumy [cdot] ua

40000, м. Суми, вул. Петропавлівська, 58, каб. 9

Основні досягнення

2022

В рамках співпраці ІПФ НАН України та колаборації SPARC@FAIR обчислено імовірності іонізації при альфа-розпаді воднеподібного іону полонію в полі інтенсивного лазерного імпульсу. Розрахунок проведено чисельно в рамках релятивістської теорії та без використання теорії збурень. Показано, що при іонізації К-оболонки комбінованим потенціалом альфа-частинки та лазерного імпульсу, спостерігається інтерференційний ефект, що полягає у відхилення імовірності від передбачень теорії збурень. Характер інтерференційного ефекту залежить від частоти випромінювання, а також порядку, в якому початковий іон зазнає збурень. Відхилення від передбачень теорії збурень більше, якщо опромінення лазерним імпульсом відбувається пізніше альфа-розпаду.

(Новак О.П., чл.-кор. НАН України Холодов Р.І., Дяченко М.М.)

2022

В рамках виконання цільової науково-технічної програми оборонних досліджень НАН України на 2020-2024 рр. розроблене високоефективне джерело іонів берилію та на його основі іонний інжектор для іонного імплантера МВР-202 фірми “BALZERS”, що знаходиться в Інституті фізики напівпровідників НАН України ім. В.Є. Лашкарьова з метою організації технологічного процесу виготовлення приймачів інфрачервоного випромінювання, основаного на іонній імплантації антимоніду індію. Джерело іонів берилію просте в обслуговуванні і універсальне в тому, що може генерувати іони з будь-якого газу та будь-якого металу без використання високотемпературної печі для його випаровування. Проведено налагодження іонного імплантера МВР-202 фірми “BALZERS” та підготовлено умови для забезпечення технологічного процесу виготовлення фотоприймачів в діапазоні інфрачервоного спектру для систем наведення.

(Батурін В.А., Литвинов П.О., Роєнко О.Ю.)

2022

У рамках міжнародного співробітництва з Інститутом ядерної енергії Китаю було досліджено процеси випадіння преципітатів beta-фази у цирконієвих сплавах з низькою концентрацією ніобію та олова. Було показано, що конкуренція між балістичним перемішуванням і термодинамічною силою відіграє головну роль у кінетиці радіаційно-індукованого випадіння та розчинення преципітатів.

(Харченко В.О., Харченко Д.О.)

2022

В рамках виконання міжнародної європейської інноваційної науково-технічної програми "EUREKA" спільно з європейськими партнерами досліджено серію сорбуючих матеріалів на основі хітину та хітозану, отриманого з оболонок личинок Hermetia illucens. Матеріали були додатково магнітномодифіковані для забезпечення можливості селективної магнітної сепарації з розчинів і суспензій, що особливо важливо в промислових біотехнологічних процесах і при обробці різноманітних промислових стічних вод. Оцінено сорбційну здатність цих матеріалів. Матеріали докладно охарактеризовано методами скануючої електронної мікроскопії, рентгенівської дифракції, температурно-програмованої десорбційної мас-спектрометрії, атомно-абсорбційної спектроскопії та елементного аналізу.

(Калінкевич О.B., А Калінкевич О.М., Чіванов В.Д.)

2022

1230

У рамках співпраці з колаборацією CERN за проєктом CLIC створена теорія передпробійного струму з врахуванням морфології поверхні прискорювальної структури, яка враховує наявність субмікронних і мікронних нерівностей. Розраховане середнє поле пробою для проєктних матеріалів прискорювача. Розрахунки показали гарну узгодженість з експериментальними даними отриманими у ЦЕРНі. Змодельовано процес нагрівання вістрь нанометрових розмірів польовим емісійним струмом з урахуванням розмірних ефектів.

(Лебединський С.О., чл.-кор. НАН України Холодов Р.І., Мусієнко І.І.)

2021

На основі розробленого комплекту конструкторської документації, вперше в Україні, створено стенд магнетронної розпилювальної системи імпульсами високої потужності (HiPIMS – High-power impulse magnetron sputtering) та відпрацьовано технологічний процес напилення двошарових покриттів з Nb і Та на внутрішній поверхні повномірних стволів калібру 30 мм для підвищення їх ресурсу живучості.

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

2021

Розроблено надійний та універсальний інжектор іонів берилію на основі розпилювального пеннінгівского джерела металевих іонів. Для ефективної роботи створеного джерела в його емісійній камері формується область термалізованої концентрації атомів металу, а вздовж осі цієї області здійснюється осциляція швидких іонізуючих електронів. Джерело має високу стабільність іонного струму з часом. Створений інжектор іонів берилію буде використаний при розробці технологічного циклу виготовлення приймачів інфрачервоного випромінювання на основі антимоніду індію ІnSb, в спектральному діапазоні 3–5 мкм, для приладів нічного бачення та систем наведення ракет.

(В.А. Батурін, С.О. Пустовойтов, П.О. Литвинов, С.О. Єрьомін)

2021

Методами лінійної механіки руйнування досліджено тріщиностійкість матеріалів з тонкими покриттями. Вивчено напружено-деформований стан кусково-однорідної смуги з тріщиною на межі поділу матеріалів. Враховано сили тертя, які виникають при контакті берегів тріщини. Показано, що залежно від відношення стискального (розтягувального) та зсувного навантажень тріщина може бути частково розкритою, або її береги можуть контактувати по всій її довжині чи в зоні прилеглій до її вершини. Обчислено значення коефіцієнта інтенсивності напружень для різних матеріалів, навантажень та коефіцієнтів тертя. Проведені дослідження важливі для розрахунку міцності реакторних матеріалів.

(В.І. Острик)

2020

У рамках схеми багатомасштабного моделювання проведено дослідження мікроструктурних перетворень в опромінюваних цирконієвих сплавах. Показано, що у бінарних сплавах Zr–Nb та Zr–Sn з концентрацією легуючого елементу ~1.5%, розчинені атоми ніобію не можуть локалізувати навколо себе нерівноважні вакансії, тоді як атомами олова являють собою центри локалізації вакансій. У сплавах Zr–Nb при нейтронному опроміненні в реакторних умовах формуються міжвузлові А-петлі та вакансійні С-петлі, розмір яких збільшується від границі зерна до його центру, що приводить до нерівномірної деформації кристала всередині зерен; збільшення швидкості дефектоутворення підтримує ріст великих преципітатів; утворення ліній ковзання та дислокацій починається при вищих значеннях прикладеної деформації при зростанні швидкості дефектоутворення для опромінених сплавів.

(Д.О.Харченко, В.О.Харченко, О.М.Щокотова, О.Б.Лисенко, В.В.Купрієнко)

2020

Вперше в рамках квантової теорії поля досліджено процес фотонародження електрон-позитронної пари через поляризаційний каскад (народження та послiдовна анiгiляцiя пари в один фотон) в сильному магнітному полі. Цей процес є радіаційною поправкою до основного процесу народження пари фотоном. Отримано вирази загальної амплітуди та ймовірність процесу в резонансному випадку для надкритичного магнітного поля. Резонанс має місце на порозі реакції, коли енергія фотона дорівнює 2mc2. Показано, що залежність ймовiрності процесу вiд поляризацiї початкового фотона співпадає з процесом фотонародження пари. Знайдено, що відношення радіаційної поправки до основного процесу обернено пропорційне квадрату поля і для H=1014 Гс досягає одиниці.

(М. Дяченко, О. Новак, Р. Холодов, А. Фоміна – ІТФ iм. М.М. Боголюбова НАН України)

2020

Вивчено можливості імітаційного опромінення реакторних матеріалів та їх дослідження під дією опромінення із застосуванням багатозарядних іонів, отриманих на прискорювальному мас-спектрометрі з максимальною напругою на кондукторі 1 МВ. Проведені експериментальні дослідження з одержання пучків багатозарядних іонів металів МеВ-них енергій. Мас-спектр прискорених іонів демонструє наявність в ньому іонів заліза різних зарядових станів (до Fe8+). Іонний струм зменшується зі збільшенням зарядового стану. Багатозарядні іони можуть бути використані для опромінення зразків у тих випадках, коли задача потребує багатократного збільшення енергії іонів. Показано, що швидкість утворення дефектів у зразку заліза, опромінюваному іонами Fe2+ з енергією 2,52 МеВ, становить 2,7·10-3 зна/сек.

Москаленко В.Б., Бугай О.М., Денисенко В.Л.

2020

Розроблено систему вимірювання еміттансних характеристик іонних джерел, досліджуваних в ІПФ НАН України з метою отримання іонних пучків з високою яскравістю. Система вимірювання еміттанса виконана за схемою електростатичного сканера і складається з двох основних частин: сканера, який переміщається в напрямку, перпендикулярному осі пучка за допомогою крокового двигуна, і електронної системи управління, збору і обробки даних. Визначення еміттанса полягає у вимірюванні розподілу інтенсивності іонного пучка при переміщенні сканера по координаті x і електростатичному скануванні по куту x'. Отриманий двовимірний масив даних дозволяє визначити основні еміттансні характеристики іонного пучка: геометричний 90% еміттанс, середньоквадратичний еміттанс, параметри Твісса і рівняння фазового еліпса середньоквадратичного еміттанса, профіль струму пучка і розподіл щільності струму по куту. Дана система вимірювання еміттанса іонних пучків характеризується малим часом проведення вимірювання, що становить 10-15 хв.

(В.І. Возний, М.О. Сайко, А.М. Марченко)

2020

Розроблено комплект конструкторської документації, виготовлено та проведено монтаж стенду магнетронної розпилювальної системи імпульсами високої потужності (HiPIMS – High-power impulse magnetron sputtering) для повномірних стволів калібру 30 мм для підвищення їх ресурсу живучості. Розроблено та створено систему для контролю за динамікою осадження покриттів (діапазон від 0.1 нг до 10 мкг) у вакуумі. Принцип роботи системи оснований на методі кварцових вагів. Також, за рахунок термостабілізації кварцової пластини, була зменшена величина похибки вимірювань, яка пов’язана зі впливом температурних ефектів.

(В.М. Коломієць, О.І. Шкурат, А.М. Юнда, С.М. Кравченко, В.К. Запорожець В.М. Канівець)

2020

Створений в Інституті прикладної фізики НАН України Аналітичний прискорювальний комплекс активно використовується в дослідженнях з характеризації артефактів культурної спадщини з метою з’ясування їх походження та технологічних особливостей виготовлення. В рамках цієї роботи були проведені дослідження імітацій монет пізньоримського періоду, виготовлених у «варварських» майстернях Кормільче та Абрикосівка (Хмельницька область) та виконане їх порівняння з монетами, карбованими на центральному дворі в Римі та в провінціях Римської імперії. Виявлено, що майстерня Абрикосівка працювала з латунню і бронзами з малим вмістом свинцю. Причому в латуні свинець взагалі відсутній. На відміну від Абрикосівки, вироби майстерні Кормільче мають широкий розкид в хімічному складі. Основну масу складають вироби з бронзи з малим вмістом свинцю, а латунних виробів цієї майстерні взагалі не виявлено. Продовжена робота з Київською міською адміністрацією щодо створення центру консервації археологічних артефактів із застосуванням радіаційних технологій. На сьогодні проводиться юридична реєстрація центру і розпочата робота з підготовки національного проекту МАГАТЕ, який дозволить створити необхідну інфраструктуру

(Бугай О.М., Білик В.М., Бесараб Ю.В., Шульженко А.В.)

2019

 

ЯДЕРНА ФІЗИКА, ФІЗИКА ВИСОКИХ ЕНЕРГІЙ

В рамках співробітництва ІПФ НАН України та ЦЕРН було проведено теоретичні дослідження з метою підвищення стійкості високоградієнтних прискорювальних структур до вакуумних пробоїв. Отримано узагальнення теорії польової емісії на випадок присутності зовнішнього магнітного поля B, перпендикулярного електричному E, у випадку E>cB. Надано рекомендації по запобіганню виникнення високовакуумного високоградієнтного пробою шляхом прикладення магнітного поля більшого за відсікаюче B > Bcutoff (декілька тесла). Виконано узагальнення теорії польової емісії на релятивістський випадок і передбачено ефект релятивістського стиснення ширини потенціального бар’єру на межі метал-вакуум.

(д.ф.-м.н., с.н.с. Холодов Р. І., Лебединський С.О.)

 

Проведені експерименти з виготовлення фазових дифракційних граток за допомогою каналу протонно-променевої літографії Аналітичного прискорювального комплексу ІПФ НАН України та з використанням двошарового покриття Cu/Ti, необхідним для гальванопластики. В результаті експериментів були отримані періодичні структури висотою близько 15 мкм, періодом 85 мкм та скважністю близько 0.4. Створені дифракційні гратки будуть використані в рентгенівському томографі для побудови фазоконтрастних зображень.

(д.ф.-м.н., проф. О.Г. Пономарьов, к.ф.-м.н. В.А. Ребров, к.ф.-м.н. С.В. Колінько, к.ф-м.н., доц. Р.Ю. Лопаткін, к.ф-м.н. В.М. Коломієць )

 

ФІЗИКА ПЛАЗМИ

На виконання цільової програми НАН України «Дослідження і розробки з проблем підвищення обороноздатності і безпеки держави» в ІПФ НАН України в процесі виконання науково-дослідної роботи ,,Розробка технології обробки каналу нарізного ствола малого калібру для підвищення ресурсу його живучості“ створено стенд для відпрацювання технологічного процесу магнетронного розпилення тугоплавких хімічно стійких металів на внутрішні поверхні зразків ствола калібру 30 мм. Вперше в Україні використана технологія магнетронного розпилення імпульсами великої потужності HiPIMS (High-Power Impulse Magnetron Sputtering). Дана технологія значно збільшує його ресурс експлуатації в умовах сильного фрикційного зносу та ерозії під дією агресивного корозійного газу продуктів згорання пороху при високих параметрах тиску та температури. Номінал калібру був вибраний по рекомендації ДП КБ “Артилерійське озброєння”.

(О.І. Шкурат; к.ф-м.н., доц. Р.Ю. Лопаткін; к.ф-м.н. В.М. Коломієць )

 

РАДІАЦІЙНЕ МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО, ФІЗИКА КОНДЕНСОВАНОГО СТАНУ

Методами молекулярної динаміки встановлено, що зерна ZrO2, які сприяють зменшенню дифузії кисню в оксидному шарі, є результатом зростання дрібних зерен, на цій основі формується і розвивається механізм подальшого окислення цирконієвого сплаву. Виявлено, що зерна ZrO2 великого розміру є результатом злиття зерен малого розміру, вихідна орієнтація і рух дислокації грають вирішальну роль в процесі злиття дрібних зерен. У рамках використання швидкісної теорії встановлено характер росту дислокаційних петель у сплавах на основі Zr із домішками Nb та Sn. З’ясовано, що неоднорідний розподіл дислокаційних петель за розмірами в зернах сплавів на основі Zr визначається відстанню від границі зерна. Неоднорідність розподілу петель за розмірами в зернах спричиняє неоднорідність деформацій при радіаційному рості. З’ясовано, що внаслідок проходження каскадів атомових зміщень, протікають процеси розчинення підкритичних та зростання надкритичних за розміром преципітатів за механізмом Оствальдівського визрівання зі збільшенням розміру виділень з 6-8 нм до 10-12 нм за реакторних режимів опромінення.

(д.ф.-м.н., проф. Д.О.Харченко, д.ф.-м.н., с.н.с. В.О.Харченко, к.ф.-м.н., доц. Ю.М.Овчаренко, к.ф.-м.н. І.О. Щокотова)

Експериментально досліджено кінетику видалення водню з електролітично насичених зразків металів, у тому числі двох різних класів сталі (феритної і аустенітной). Температурні залежності виділення водню були отримані за допомогою установки вакуумної температурної екстракції з мас-спектрометричною реєстрацією утворених летючих компонент. Для обох марок сталі процес виділення водню можна представити таким, що складається з двох стадій, які накладаються одна на одну з різним ступенем розділення (рис.). Припускаючи, що кожна стадія відповідає певній формі присутності водню у матеріалі (специфічному місцю локалізації), кінетичні параметри процесу видалення газу оцінювались для обох стадій двох зразків (таблиця). Ідентичність/схожість кінетичних параметрів першої стадії вказує на однакову форму знаходження водню в обох зразках сталі. Вбачається, що це водень поверхневій локалізації. Кінетичні параметри другої («високотемпературної») стадії мають більш відмітну розбіжность, що може свідчити про відмінності у кінетиці температурного видалення водню з приповерхневих шарів α-Fe і γ-Fe. Дані параметри можуть слугувати маркерами локалізації водню у різних сталях та давати можливість порівнювати співвідношення різних форм знаходження водню у них, що надзвичайно важливо для контролю стану реакторних матеріалів.

(к.ф-м.н., с.н.с. С.М. Данильченко, к.б.н., доц. В.Д. Чіванов, к.ф.-м.н. Калінкевич О.М.)

В рамках співробітництва ІПФ НАН України та ЦЕРН були проведені дослідження з підвищення стійкості конструкційних матеріалів (міді) прискорюючих структур іонно/електронних прискорювачів до високовольтних пробоїв, запропоновано проводити іонно-плазмову модифікацію поверхневих шарів цих матеріалів, та розроблено відповідні технології іонно-плазмової обробки матеріалів. Показано, що при використанні плівок TiN в якості захисного покриття зразків міді важливим фактором є не товщина покриття, а формування в цих плівках текстури з переважною орієнтацією (111), що призводить до зменшення темнового струму та ймовірності високовольтного пробою на таких покриттях. Плівкам TiN з текстурою(111) відповідають найнижчі значення енергії деформації, що пов'язано з анізотропією модуля Юнга. Такі площини формуються перпендикулярно напрямку росту всієї системи в цілому, що призводить до мінімізації повної енергії при зростанні плівки. Поява в плівках іншого текстури (200), паралельної поверхні росту, при одночасному зменшенні інтенсивності піку (111) погіршує стійкість плівок нітриду титану до пробоїв, в порівнянні з (111) текстурованими плівками. Покриття міді плівкою TiN (текстура 111) та додаткове опроміненням іонами аргону з енергією ~ 300 кеВ та дозою 4х1017 см-2 підвищую напругу високовольтного пробою майже на 35% в порівнянні з чистою міддю. Покриття з нітриду молібдену показали набагато менші темнові струми, ніж у зразків з покриттям із молібдену та на чистій міді, хоча їх стійкість до пробоїв поступається молібденовій поверхні.

(к.ф-м.н., с.н.с. В.А. Батурін, О.Ю. Карпенко)

2019

Проведені експерименти з виготовлення фазових дифракційних граток за допомогою каналу протонно-променевої літографії Аналітичного прискорювального комплексу ІПФ НАН України та з використанням двошарового покриття Cu/Ti, необхідним для гальванопластики. В результаті експериментів були отримані періодичні структури висотою близько 15 мкм, періодом 85 мкм та скважністю близько 0.4. Створені дифракційні гратки будуть використані в рентгенівському томографі для побудови фазоконтрастних зображень.

(д.ф.-м.н., проф. О.Г. Пономарьов, к.ф.-м.н. В.А. Ребров, к.ф.-м.н. С.В. Колінько, к.ф-м.н., доц. Р.Ю. Лопаткін, к.ф-м.н. В.М. Коломієць )

2019

На виконання цільової програми НАН України «Дослідження і розробки з проблем підвищення обороноздатності і безпеки держави» в ІПФ НАН України в процесі виконання науково-дослідної роботи ,,Розробка технології обробки каналу нарізного ствола малого калібру для підвищення ресурсу його живучості“ створено стенд для відпрацювання технологічного процесу магнетронного розпилення тугоплавких хімічно стійких металів на внутрішні поверхні зразків ствола калібру 30 мм. Вперше в Україні використана технологія магнетронного розпилення імпульсами великої потужності HiPIMS (High-Power Impulse Magnetron Sputtering). Дана технологія значно збільшує його ресурс експлуатації в умовах сильного фрикційного зносу та ерозії під дією агресивного корозійного газу продуктів згорання пороху при високих параметрах тиску та температури. Номінал калібру був вибраний по рекомендації ДП КБ “Артилерійське озброєння”.

(О.І. Шкурат; к.ф-м.н., доц. Р.Ю. Лопаткін; к.ф-м.н. В.М. Коломієць )

2019

​ Методами молекулярної динаміки встановлено, що зерна ZrO2, які сприяють зменшенню дифузії кисню в оксидному шарі, є результатом зростання дрібних зерен, на цій основі формується і розвивається механізм подальшого окислення цирконієвого сплаву. Виявлено, що зерна ZrO2 великого розміру є результатом злиття зерен малого розміру, вихідна орієнтація і рух дислокації грають вирішальну роль в процесі злиття дрібних зерен. У рамках використання швидкісної теорії встановлено характер росту дислокаційних петель у сплавах на основі Zr із домішками Nb та Sn. З’ясовано, що неоднорідний розподіл дислокаційних петель за розмірами в зернах сплавів на основі Zr визначається відстанню від границі зерна. Неоднорідність розподілу петель за розмірами в зернах спричиняє неоднорідність деформацій при радіаційному рості. З’ясовано, що внаслідок проходження каскадів атомових зміщень, протікають процеси розчинення підкритичних та зростання надкритичних за розміром преципітатів за механізмом Оствальдівського визрівання зі збільшенням розміру виділень з 6-8 нм до 10-12 нм за реакторних режимів опромінення. ​

(Д.О.Харченко, В.О.Харченко)

2018

І. Результати досліджень у галузі природничих, соціогуманітарних та технічних наук.

ЯДЕРНА ФІЗИКА, ФІЗИКА ВИСОКИХ ЕНЕРГІЙ

Точні вимірювання енергій зв’язку електронів при зіткненні важких йонів з екстремально сильними електромагнітними полями є надзвичайно актуальною задачею, зокрема, для дослідження можливого дрейфу фундаментальних світових констант та пошуку нової фізики. Іонізація з К-оболонки є одним з фундаментальних процесів, що відбуваютья при зіткненнях іонів. У випадку зіткнень іонів з великими атомними номерами та формування надважких квазімолекул, результуюче поле може досягати критичного квантово-електродинамічного значення, а релятивістські ефекти відіграють істотну роль. Процес іонізації з К оболонки при зіткненні важких ядра та воднеподібного іона розглянуто в рамках релятивістської теорії. Використано методику параметризації матричних елементів переходів, яка дозволила представити імовірність іонізації у вигляді аналітичної формули, зручної для використання на практиці. На відміну від попередніх досліджень, одержана формула може бути застосована до аналізу несиметричних зіткненнь іонів з істотно різними атомними номерами. Показано, що в асиметричних зіткненнях імовірність іонізації значно пригнічена, і в залежності від сумарного заряду ядер зменшується на 20-30% порівняно з випадком симетричних зіткнень.
( О.П. Новак, Р.І. Холодов — ІПФ НАН України; A. Surzhykov, A.N. Artemyev, Th. Stohlker – FAIR (Німеччина, м. Дармштадт)).

Розроблено метод фабрикації мікро-дифракційних ґраток для використання в рентгенівських фазоконтрастних томографах. Метод основується на фізичних принципах фокусування протонного пучка МеВ-них енергій в лінію за допомогою квадрупольної зондофомуючої системи ядерного скануючого мікрозонда з використанням протонно-променевої літографії. Відмінною особливістю запропонованого методу є можливість опромінювати резистивний зразок уздовж всієї лінії одночасно, на відміну від літографічних технологій, де застосовується аксіальна оптика і пучок у вигляді круглої плями послідовно опромінює лінію. Отримані ґратки з характерної товщиною лінії 20 мкм. Запропонований метод дозволяє значно зменшити час опромінення резистивного зразка і отримати шаблони ґраток за декілька секунд.
(Пономарьов О.Г., Колінько С.В., Ребров В.А.)

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.)

ФІЗИКА ПЛАЗМИ

На виконання цільової програми НАН України «Дослідження і розробки з проблем підвищення обороноздатності і безпеки держави» в ІПФ НАН України розроблена конструкторська документація та виготовлена оснастки для відпрацювання технологічного процесу магнетронного напилення тугоплавкими металами на внутрішні поверхні труб діаметром 23...30 мм. Відповідно до технологічного процесу, розраховані, вибрані та закуплені спеціальні блоки живлення.
(О.І. Шкурат, В.М. Канівець, І.Г. Чижов, О.В. Варакін)

РАДІАЦІЙНЕ МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО, ФІЗИКА КОНДЕНСОВАНОГО СТАНУ

Розвинутий формалізм опису процесів пороутворення у бінарних твердих розчинах та у зразках із підготовленою мікроструктурою. Проведено всебічне дослідження процесів формування та росту пор у типовій моделі бінарного стопу, підданому радіаційному впливові з використанням комбінованого підходу, що ґрунтується на теорії фазового поля та швидкісній теорії. Показано, що формування пор викликане взаємодією радіаційно продукованих вакансій з пружними деформаціями ґратниці та полем композиції стопу. Отримано фазові діаграми, що ілюструють формування твердого розчину, фазового розшарування та структуроутворення. Встановлено, що формування пор із пересиченого розчину вакансій супроводжується перерозподілом композиційного поля. Показано, що пружна неоднорідність, яка відповідає за утворення анізотропних преципітатів у первинно приготовленому стопі приводить до формування супер-решітки пор при опроміненні. Виявлено, що нуклеація та ріст пор з ростом дози опромінення відповідає дифузійно керованим процесам випадіння фаз. Показано універсальність динаміки росту пор. Проведена оцінка основних параметрів та статистичних характеристик пор. Отримані результати можуть бути використані для дослідження радіаційних пошкоджень у матеріалах реакторів четвертого покоління
(Д.О.Харченко, В.О.Харченко, О.Б.Лисенко, Ю.М.Овчаренко)

РАДІОГЕОХІМІЯ, РУДОУТВОРЕННЯ ТА МІНЕРАГЕНІЯ

Вперше надана економічна оцінка доцільності розробки рудо проявів монациту Побужжя із свинцем з високим вмістом (~ 99%) 208-го ізотопу для ядерних енергетичних реакторів наступного покоління річна виробка - 10 тисяч тон монацитового концентрату, що містить більше 4 тисяч тон рідкісних земель, понад тисячу тон торію і 100 тон свинцю-208 при вартості вилучення свинцю 25-30 доларів за 1 кг.
(А.А. Вальтер, В.В.Поневчинський)

2017

Найважливіше досягнення 2017

У розділ "Ядерна фізика, фізика високих енергій і фізика плазми"

З метою отримання малорозмірних тривимірних структур для фабрикації елементів рентгенівської оптики в Інституті прикладної фізики НАН України розроблено установку протонно-променевої літографії з новою зондоформуючою системою на базі п'яти магнітних квадрупольних лінз в вигляді дублету і триплету інтегрованої конструкції. Визначено безабераційний растр сканування пучком з урахуванням нерівномірного розподіл пучка протонів у фазовому просторі і нелінійних ефектів формування пучка, які пов'язані з абераціями іонно-оптичної системи та розроблено нову трьох ступеневу електростатичну скануючу систему, яка узгоджена з триплетом магнітних квадрупольних лінз фінального фокусування пучка протонів.

(А.Г. Пономарьов, В.А. Ребров, С.В. Колінько)

Виявлений параметричний інтерференційний ефект при народженні e+e_ пари при розсіюванні фотона на ядрі у полі двох імпульсних світлових хвиль. Показано, що диференціальний переріз в інтерференційної області перевищує переріз поза нею на два порядки величини.

(О.А. Лебедь., О.О. Левицька)

У розділ "Радіаційне матеріалознавство, фізика конденсованого стану"

Вивчено просторову самоорганізацію ансамблю точкових дефектів у α-цирконії, опроміненому швидкими нейтронами за допомогою швидкісної теорії при врахуванні еластичних властивостей середовища. Встановлено умови реорганізації нерівноважних вакансій, що продукуються внаслідок опромінення, у кластери. Досліджено розподіл пружніх полів при самоорганізації вакансійного ансамблю у чистому цирконії за умови зсувної і циклічної деформації та вивчено вплив опромінення на напружено-деформований стан цирконію.

(Д.О. Харченко, В.О. Харченко, Ю.М. Овчаренко, О.М. Щокотова, О.О. Лисенко)

В ІПФ НАН України для підвищення стійкості до високовольтних пробоїв конструкційних матеріалів прискорюючих структур, що використовуються в електрон-позитронному колайдері CLIC який проектується в CERN, проведено плазмову та іонно-променеву модифікацію поверхневих шарів цих матеріалів, та досліджено вплив такої модифікації на струм польової емісії та вірогідність високовольтних високовакуумних  пробоїв.

Показано, що плазмова та іонно-променева модифікація поверхні міді, що використовується в прискорюючих структурах, призводить до зростання напруги пробою від 5 до 35 %, в залежності від способу модифікації та зменшення передпробійного струму анод - катод. Перспективною технологією є плазмове покриття поверхні нітридом титану та додаткове опромінення поверхні пучком прискорених іонів аргону. Така модифікація поверхні дозволяє підвищити напругу високовольтного пробою до 35 відсотків в порівнянні з не модифікованою.

(В.А. Батурін, О.Ю. Карпенко, С.О. Пустовойтов)

У розділ “Радіохімія, рудоутворення та мінералогія”

Вперше встановлені точні межі порівняльного ізотопного складу свинцю, сильно збагаченого на 208Pb, монацитів корінних рудопроявів (пегматоїдні граніти) і розсипищ Побужжя, відповідно – (98,20±0.44)% вагових та (97,65±0.06)% вагових, що суттєво підвищує реальну цінність ресурсів даного типу ізотопної сировини в Україні.

(А.А. Вальтер, А.І. Писанський)

2016

Найважливіше досягнення 2016

У розділ "Ядерна фізика, фізика високих енергій і фізика плазми"

Розроблена релятивістська теорія параметричного інтерференційного ефекта квантової електродинаміки в сильних імпульсних лазерних полях. Показана можливість перевеірки теорії в міжнародних мегапроектах: SLAC (National Accelerator Laboratory, Stanford, USA), PHELIX (Facility for Antiproton and Ion Research, Germany), Vulcan10 (Central Laser Facility, United Kingdom),  European X-ray Free Electron Laser (Germany), Extreme Light Infrastructure (Romania).

(Рощупкін С.П., Лебедь О.А., Ворошило О.І., Недорешта В.М., Падусенко Е.А.)

В рамках квантово-польового підходу розвинуто теорію процесу втрати енергії важкою зарядженою частинкою в електронному газі з анізотропним розподілом температури. Чисельно знайдено залежність гальмівної здатності електронного газу з анізотропним розподілом за швидкостями від швидкості налітаючої частинки для довільних кутів вльоту. Для анізотропної температури, характерної для задачі електронного охолодження (T_par/T_perp = 10-3), сила тертя на порядок перевищує аналогічну у випадку з ізотропною температурою, що добре узгоджується з експериментальними даними.

(Хелемеля О.В., Холодов Р.І.)

Проведено аналіз факторів, що перешкоджають покращенню роздільної здатності установок ядерного мікрозонду, в яких використовуються розподілені квадрупольні зондоформуючі системи. Показано, що аберації позиціонування магнітних квадрупольних лінз призводять до деградації профілю розподілу щільності струму сфокусованого пучка. Проведено оцінку точності позиціонування квадрупольних лінз, напрацьовані практичні рекомендації щодо вибору геометрії та юстування зондоформуючих систем з високими коефіцієнтами зменшення (>500).

(С.В. Колінько, О.Г. Пономарьов)

У розділ "Фізико-хімічні основи організації біологічних систем"

Оцінено можливість зробити поверхню хітозан-гідроксиапатитних композитних матеріалів зарядженою шляхом обробки коронним розрядом. Досліджено діелектричні та електричні властивості матеріалів методами діелектричної спектроскопії, в тому числі із застосуванням еквівалентних методів і схем комп’ютерного моделювання. Діелектрична спектроскопія показує, що поведінка композитних матеріалів вельми відрізняється від хітозану і гідроксиапатиту поодинці. Отримані значення діелектричних проникливостей викликають значний інтерес в прогнозі поведінки матеріалів в електростимуляції після імплантації. Значення діелектричної проникливості, які спостерігаються при фізіологічній температурі (в діапазонах частот, що застосовувалися) аналогічні значенням для кісткової тканини.

(Калінкевич О.В., Калінкевич О.М., Данильченко С.М.)

У розділ “Радіохімія, рудоутворення та мінералогія”

Вперше в корінному заляганні в пегматоїдних гранітах Побужжя (на північ від м. Первомайська) встановлений і вивчений новий різновид мінералу монациту із свинцем, рекордно збагаченим на 208 ізотоп (99%).Вивчений склад, структурний стан і поширеність мінералу.

(А.А. Вальтер, В.М. Павлюк, А.І.Писанський)

У розділ "Радіаційне матеріалознавство, фізика конденсованого стану"

Виявлено, що зi збiльшенням швидкостi дефектоутворення процеси розпаду фаз у бінарних  твердих розчинах в умовах опромінення швидкими нейтронами супроводжуються процесами формування просторових вакансiйих структур. Виявлено, що процеси відбору структур при формуванні кластерів вакансій у опромінюваних тонких металевих фольгах супроводжуються локальною зміною  температури внаслідок перерозподілу вакансій між кластерами. При дослідженні процесів формування пор у чистих металах, підданих дії опромінюючих потоків, виявлено що флуктуації швидкості дефектоутворення  збільшують критичний радіус пор, не змінюючи універсальність їх розподілу за розмірами. Встановлено, що динаміка росту пор уповільнюється за рахунок зростання інтенсивності стоків точкових дефектів.

(Д.О. Харченко , В.О. Харченко)

Створено інжектор одно та двозарядних іонів металів (Fe2+ , Zr2+) для проведення імітаційних досліджень радіаційної стійкості матеріалів реакторної техніки. Проведено серію експериментів з опромінення цирконієвих сплавів прискореними іонами Ar2+, Fe2+ та Zr2+ дозами 10÷100 зміщень на атом, в діапазоні температур мішені 200 ÷ 500 оС, з метою дослідження умов формування радіаційних дефектів.

(В.А. Батурін, С.О. Єрьомін, О.Ю Карпенко, П.О. Литвинов, О.С. Пустовойтов)

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

У розділ "Ядерна фізика, фізика високих енергій і фізика плазми"

Побудована релятивістська теорія резонансної квантової електродинаміки в сильних лазерних і магнітних полях. Показана можливість перевірки даної теорії в міжнародних мегапроектах на лазерних установках: SLAC (National Accelerator Laboratory, Stanford, USA), PHELIX (Facility for Antiproton and Ion Research, Germany), Vulcan10 (Central Laser Facility, United Kingdom),  European X-ray Free Electron Laser (Germany), Extreme Light Infrastructure (Romania).

(С.П. Рощупкiн, О.А. Лебiдь, Р.І. Холодов, О.П. Новак, О.І. Ворошило)

У розділ “Радіохімія, рудоутворення та мінералогія”

Відкрито в рудних проявах монацитів на заході Кіровоградської області вміст 208 ізотопу свинцю з ізотопною чистотою на рівні 98 %. Встановлений високий рівень природнього збагачення свинцю-208 дозволяє зробити припущення про можливість використання такого свинцю як теплоносію в реакторах IV покоління без додаткового ізотопного збагачення.

(А.А.Вальтер, А.В.Андрєєв, А.І.Писанський)

У розділ "Радіаційне матеріалознавство, фізика конденсованого стану "

Створено установку для проведення імітаційних досліджень радіаційної стійкості матеріалів реакторної техніки з використанням іонів металів ( Fe, Cr, Ni, Zr та інші) прискорених до енергії 20 ÷ 450 кеВ. Спільно з ННЦ ХФТІ розпочаті дослідження формування радіаційних дефектів в конструкційних реакторних матеріалах. 

(В.А. Батурін, О.Ю Карпенко, О.С. Пустовойтов, П.О. Литвинов)

При досліджені процесів формування нанорозмірних поверхневих структур у процесах осадження із газової фази запропоновано багатошарову модель росту поверхні з утворення нанорозмірних структур адсорбату та вакансійних стурктур. Встановлено умови реалізації стійкої нанорозмірної поверхневої структури адсорбату, досліджено закони росту островків адсорбату, виявлено розподіл таких островків за розмірами за різної геометрії гратниці осаджуваного матеріалу. Встановлено характер перерозподілу полів температури адсорбату при формування нанорозмірних об'єктів на поверхні в процесі осадження з газової фази. Виявлено умови реалізації неоднорідного розподілу полів температури адсорбату та характерні часові масштаби його існування.

Харченко Д.О., Харченко В.О.

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 )

У розділ "Фізико-хімічні основи організації біологічних систем"

Розроблені кровозупинні матеріали на основі хітозану.

(напрям: Розробка нових біологічних матеріалів для військової медицин та медицини надзвичайних ситуацій)

(Калінкевич О.В та Калінкевич О.М. )

У розділ спеціальні комп’ютерні системи, засоби, приладобудування

У рамках програми з наукового приладобудування розроблені універсальні засоби автоматизації і комп’ютеризації нестандартного обладнання для проведення наукових експериментів, що дозволяє пришвидшити розроблення наукових приладів і обладнання, модернізувати існуюче обладнання до сучасного світового рівня, а також завдяки віддаленому доступу використовувати його в центрах колективного користування.

(Р.Ю. Лопаткін)

2014

У розділ "Ядерна фізика, фізика високих енергій і фізика плазми"

Вперше теоретично передбачено можливість значного (на декілька порядків величини) посилення інтенсивності лазерного випромінювання у процесі розсіяння ультрарелятивістських електронів на іонах у полі лазера. Показана можливість посилення випромінювання лазера до екстремально потужних інтенсивностей. Результати теоретичних досліджень будуть використані у співробітництві у рамках мегапроектів FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research, Darmstadt, Germany), European XFEL project та ELI (Extreme Light Infrastructure project).
(С.П. Рощупкін, В.О. Цибульник)

Розроблено проект та підготовлена технічна документації на створення каналу ядерного скануючого мікрозонду на базі електростатичного прискорювача ЕГ-5ЛНФ Об'єднаного інституту ядерних досліджень (РФ, м. Дубна).
(О.Г. Пономарьов, Д.В. Магілін, В.А. Ребров, С.В. Колінько, А.О. Пономарьов)

В рамках співробітництва між ІПФ НАН України та Європейським центром ядерних досліджень (CERN) створена надвисоковакуумна установка (Р ~ 5·10^-8 Pa) по визначенню фізичних факторів, що впливають на вірогідність виникнення та розвиток високовольтних пробоїв в матеріалах що використовуються в прискорюючих структурах компактного електрон-позитронного коллайдеру CLIC (Compact Linear Collaider).
(В.І. Мирошніченко, В.А. Батурін, О.Ю Карпенко, О.С. Пустовойтов)

У РОЗДІЛ "Радіохімія, рудоутворення та мінералогія "

Відкрито в рудних проявах монацитів на заході Кіровоградської області вміст 208 ізотопу свинцю з ізотопною чистотою на рівні 98 %. Встановлений високий рівень природнього збагачення свинцю-208 дозволяє зробити припущення про можливість використання такого свинцю як теплоносію в реакторах IV покоління без додаткового ізотопного збагачення.
(А.А.Вальтер, А.В.Андрєєв, А.І.Писанський)

У розділ "Радіаційне матеріалознавство, фізика конденсованого стану"

Методами числового моделювання досліджено процеси самоорганізації дефектної структури в опромінюваних кристалічних матеріалах та встановлено особливості формування стійких структур дефектів. Виявлено, що при малих швидкостях набору дози (в реакторних умовах) точкові дефекти утворюють стійкі компактні та протяжні комплекси характерного розміру 6 нм. При великих швидкостях набору дози (опромінення на прискорювачах) формуються компактні вакансійні кластери розміром 4-5нм. Виявлено, що розподіл вакансій та характер дефектних структур визначається впливом дифузійних процесів, які пригнічуються при збільшенні швидкості набору дози.
(Харченко Д.О., Харченко В.О.)

2013

У розділ "Ядерна фізика, фізика високих енергій і фізика плазми"

Створена та введена в експлуатацію установка для дослідження монокристалів методом каналювання. Проведено попередні експерименти з вимірювання виходу резерфордівського зворотного розсіювання протонів від монокристалу Si орієнтованого віссю <111> вздовж вісі пучка та отримані характерні залежності нормованого виходу резерфордівського зворотнього розсіювання протонів при кутах близьких до критичного.

Установка буде використовуватись для дослідження розподілу домішок та еволюції радіаційних дефектів матеріалах ядерної енергетики.

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

Розроблено новий метод та експериментальний стенд для прецизійного центрування і характеризації структури поля систем магнітних квадрупольних лінз. Метод засновано на вимірах радіальної складової магнітного поля на циліндричний поверхні в повітряному проміжку лінз за допомогою мініатюрного датчика Холла. Експериментально показано, що чутливість методу визначення положення осі лінз знаходиться на рівні 2 мкм, похибка визначення паразитних секступольної і октупольної компонент поля складають менше 20 %.

Отримані результати будуть використані в Інституті прикладної фізики НАН України та Об’єднаному інституті ядерних досліджень в м. Дубна при створенні нових установок ядерного скануючого мікрозонду.

(Пономарьов О.Г., Колінько С.В., Ребров В.А.)

У рамках дiелектричної моделi знайдено втрати енергiї антипротона у замагнiченому електронному газі з анізотропною температурою. Показано, що чисельні розрахунки втрат енергії, проведені за допомогою розробленого коду, співпадають з отриманими в рамках квантової теорії поля аналiтичними виразами у випадку поздовжнього та поперечного магнiтному полю рухiв антипротона в лінійному наближенні за температурою. Роботу проведено згідно з угодою з коллаборацією HESR мегапроекту FAIR про задачу електронного охолодження антипротонів

(чл.-кор. НАН України Мирошнiченко В.I., Холодов Р.I., Хелемеля О.В.)

2012

РОЗДІЛ "ЯДЕРНА ФІЗИКА, ФІЗИКА ВИСОКИХ ЕНЕРГІЙ І ФІЗИКА ПЛАЗМИ"

Вперше теоретично досліджено процес резонансного народження електрон-позитронної пари електроном в магнітному полі поблизу порогу процеса та знайдено вирази для повної імовірності процесу. Проведено порівняння одержаних результатів з даними експеримента зі спостереження народження електрон-позитронних пар в зіткненнях високоенергетичного електронного пучка з тераватним лазерним імпульсом (SLAC National Accelerator Laboratory, 1997). Розрахована кількість утворених електрон-позитронних пар становить N~80, що добре узгоджується з експериментальним значенням N=106 ± 14.

(О.П. Новак, Р.І. Холодов)

Теоретично вивчені процеси квантової електродинаміки першого й другого порядків за постійною тонкої структури у полі двох інтенсивних імпульсних лазерних хвиль. Показано, що процеси розсіювання лептонів і випромінювання фотонів у таких полях можуть відбуватися у двох суттєво різних кінематичних областях: неінтерференційній й інтерференційній. Причому, в інтерференційній області істотні процеси корельованого випромінювання й поглинання фотонів обох хвиль і процес розсіювання відбувається в одній площині на задані кути. Ймовірність таких процесів значно перевершує відповідну ймовірність у будь-якій іншій геометрії. Результати теоретичних досліджень будуть використані у співробітництві з колаборацією SPARC в рамках мегапроекту FAIR (Німеччина).

(С.П. Рощупкін, О.А. Лебедь, О.О. Падусенко, О.І. Ворошило)

Розроблено конструкцію нового типу джерела одно та двохзарядних іонів металів на основі іонно-плазмового розпорошення. Фізичною основою принципу дії джерела є два послідовних розряди – обернений магнетронний та класичний Пеннінгівський, які ділять газорозрядну камеру джерела на послідовні функціональні зони.

 

Проведено серію експериментів з дослідження генерації іонів заліза – Fe+, Fe++ та цирконію - Zr+, Zr++ в імпульсному та стаціонарному режимах роботи іонного джерела. Показано, що доля однозарядних іонів металів досягає 21 %, а доля двохзарядних іонів – 23 % від загального струму іонів. Загальний струм іонів досягає 1 ÷ 1,5 mA.

Розроблено та виготовлено інжектор металічних іонів для високодозного іонного імплантера на енергію до 500 кеВ, що забезпечить проведення спільно з ІФТТМТ ННЦ ХФТІ імітаційних експериментів для дослідження впливу опромінення на конструкційні матеріали ядерної техніки.

(чл.-кор. НАН України В.І. Мирошніченко, В.А. Батурін, П.О. Литвинов, С.О. Пустовойтов)

Спільно з Дармштадським технічним університетом (Німеччина) розроблена методика досліджень in situ сегрегації компонентів в розплавлених металах та їх окислення за допомогою методу резерфордівського зворотного розсіювання з високою роздільною здатністю. Проведені перші експерименти з дослідження стехіометричного складу сплаву олова з вісмутом в при поверхневій зоні в твердому та розплавленому станах. Методика буде використана для досліджень металевих теплоносіїв в реакторах.

(акад. НАН України В.Ю. Сторіжко, Х.Д. Карстаньєн, О.М. Бугай, А.Б. Крамченков)

РОЗДІЛ "РАДІАЦІЙНЕ МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО, ФІЗИКА КОНДЕНСОВАНОГО СТАНУ"

При реалізації процедури багаторівневого моделювання з метою вивчення характеру утворення радіаційних пошкоджень у конструкційних матеріалах досліджено процеси зміни мікроструктури у кристалічних системах та процеси рекристалізації з встановленням кількісних характеристик дефектів та властивостей фізичних процесів перебудови мікроструктури при відпалі. З’ясовано, що при зростанні дози опромінення відбуваються переходи між структурами скупчень вакансій до протяжних дефектів з формуванням зерен, що змінюють свою орієнтацію. Виявлено інтервали значень температури та дози опромінення, за яких можливими стають такі процеси структуроутворення та з’ясовано основні закономірності кінетики формування структур точкових дефектів з аномальною динамікою росту зерен.

(Д.О.Харченко, В.О.Харченко)

РОЗДІЛ РАДІОХІМІЯ, РУДОУТВОРЕННЯ ТА МІНЕРАЛОГІЯ

Передбачено та експериментально підтверджено явище природного збагачення ізотопу свинцю-208 в древніх торієвих (безуранових) мінералах руд України. Мас-спектроскопічний аналіз зразків монацитів, зібраних з покладів гранітних пегматитів Середнього Побужжя та кори звітрювання Гайсинської площі, засвідчив високу ізотопічну чистоту вказаного ізотопу (97,5% при вмісті торію 8,9% і загального свинцю 0,9%) та, відповідно, перспективність його видобування. Ізотоп свинцю-208 розглядається як перспективний теплоносій в атомній енергетиці з мінімальним поглинанням нейтронів.

(А.А.Вальтер, О.В.Андрєєв,А.І.Писанський)

РОЗДІЛ "ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ОСНОВИ ОРГАНІЗАЦІЇ БІОЛОГІЧНИХ СИСТЕМ"

Отримані і детально вивчені нові композитні матриці (скаффолди) для іммобілізації досліджуваних клітин та створення модельних клітинних угруповань з метою дослідження комплексного впливу іонізуючого випромінювання. Апробовано лабораторні технології отримання скаффолдів у різних формах: хітозанова губка, хітозанове „намисто”, хітозан армований нанокристалічним апатитом, мультимембранний гідрогель. Біосумісність скаффолдів доведено in vivo тестами з вживленням під шкіру, які показали, що через один тиждень пори імплантату (хітозан в композиті з апатитом) заповнюються живими клітинами.

(О.В. Калінкевич, О.М. Калінкевич)

РОЗДІЛ СПЕЦІАЛЬНІ КОМП’ЮТЕРНІ СИСТЕМИ, ЗАСОБИ, ПРИЛАДОБУДУВАННЯ

Завершена розробка універсального програмно-апаратного комплексу для комп’ютеризації демонстраційних і лабораторних експериментів в навчальних закладах. У відповідності до стандартів МОНМС України підготовлені методичні рекомендації у вигляді електронних зошитів і каталогу шаблонів експериментів. Комплекс в сукупності з традиційним навчальним обладнанням може суттєво підвищити рівень викладання природничих наук в загально-освітніх закладах України.

(Р.Ю. Лопаткін, М.І. Колесник, Л.А. Собко)

2011

ЯДЕРНА ФІЗИКА, ФІЗИКА ВИСОКИХ ЕНЕРГІЙ І ФІЗИКА ПЛАЗМИ

В Інституті прикладної фізики НАН України в рамках нового проекту ЦЕРН, який передбачає будівництво електрон-позитронного колайдера на енергію 3 ТеВ ( проект CLIC ), на основі виконаних експериментів на установці DC sparc в ЦЕРНі встановлено один із можливих механізмів виникнення ВЧ-пробоїв у прискорювальних структурах при надвисоких градієнтах електричних полів. Виконані дослідження спектрів плазми при ВЧ-пробоях та проведений аналіз зразків надчистої міді модулів прискорювальних структур на аналітичному прискорювальному комплексі ІПФ НАН України виявили ключову роль розчиненого у міді водню в ініціюванні пробоїв. Отримані дані будуть використані в технології виготовлення прискорювальних структур колайдерів наступного покоління

(акад. НАН України Сторіжко В.Ю., чл.-кор. НАН України Мирошніченко В.І., Мордик С.М., Бугай О.М., Крамченков А.Б.)

Проведено теоретичні розрахунки та експериментальні вимірювання залежності виходу характеристичного рентгенівського випромінювання для 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.
Створено джерело квазімонохроматичного рентгенівського випромінювання на базі електростатичного прискорювача іонів. Для фокусування іонного пучка на конвертері використовується дублет електростатичних квадрупольних лінз.
(академік НАН України Сторіжко В.Ю., Бугай О.М., Денисенко В.Л, Вершинський С.О.)

Запропоновано розв’язання фундаментальної і невирішеної наразі «проблеми редукції» в квантовій механіці, тобто миттєвої зміни опису квантового стану (хвильової функції) об’єкта, що відбувається при вимірюванні. Доведено, що внутрішня динаміка хвильового пакета є суттєво нелінійною і описується рівняннями гідродинамічного типу. Перше з них – це рівняння неперервності, а друге має форму рівняння динаміки для надплинної рідини, що за певних умов і приводить до редукції хвильової функції.

(чл.-кор. НАН України Фомін П.І.)

Вперше побудовано релятивістську теорію резонансів, пов'язаних з виходом віртуальної частинки на масову оболонку, для процесів фотонарождення електрон-позитронних пар у полi ядра та розсіювання електрона на фотоні в імпульсному лазерному полі. Доведено, що для типових імпульсних лазерів, використовуваних на прискорювачах SLAC ( Стенфорд, США ), Брукхейвенскої національної лабораторії (США) та FAIR ( Дармштадт, Німеччина ) резонансні поперечні перерізи можуть на декілька порядків величини перевищувати відповідні поперечнi перерізи без зовнішнього поля. Розроблено та внесено на розгляд програму досліджень з перевірки квантової електродинаміки в сильних імпульсних лазерних полях у зазначених центрах.
Пропонована теорія розвиває фундаментальні уявлення щодо взаємодії сильних лазерних полів з речовиною.

(Рощупкiн С.П., Лебедь О.А., Ворошило О.І., Недорешта В.М.)

РАДІАЦІЙНЕ МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО, ФІЗИКА КОНДЕНСОВАНОГО СТАНУ

Встановлено, що для однокомпонентної кристалічної системи з сумірними та несумірними масштабами розповсюдження збурень внаслідок сумісної дії опромінення та термічно стимульованого перемішування флуктуації довжини стрибка вибитих атомів приводять до мікроструктурних перетворень з формуванням дисипативних структур з розподілом атомної густини вздовж атомних площин. Встановлено наявність конкуренції регулярної та стохастичної компонент потоку опромінення. Регулярна складова потоку перешкоджає упорядкуванню, в той часі як стохастична компонента, що характеризує розкид частинок за енергіями, сприяє походженню атомного упорядкування.
Проведено узагальнення моделі опису процесів утворення хвильових структур на поверхні мішеней при іонному розпиленні із врахуванням розкиду кута розпилення. Показано, що скорельованість флуктуацій кута розпилення зменшує область глибини проникнення та середнього кута розпилення зі зміною орієнтації поверхневих структур. Встановлено, що скейлінгова динаміка процесів структуроутворення окрім основних енергетичних параметрів задається інтенсивністю флуктуацій кута розпилення та радіусом їх кореляцій. Досліджено процеси зміни морфології поверхні кремнія при розпиленні іонами аргону з енергією від 1 до 100 кеВ. Встановлено скейлінгові характеристики для процесу зміни висоти поверхні, отримано показник шорсткості та росту.

(Харченко Д.О.)

2010

Ядерна фізика, фізика високих енергій і фізика плазми

Вперше побудовано релятивістську теорію резонансів, пов'язаних з виходом віртуальної частинки на масову оболонку, для процесів спонтанного гальмового випромінювання електрона у полi ядра та розсіювання електрона на електроні (позитроні, мюоні) в імпульсному лазерному полі. Показано, що висота та ширина резонансних піків у відповідних поперечних перерізах  визначається частотою, часом імпульсу й інтенсивністю лазерної хвилі. Показане, що для типових імпульсних лазерів, використовуваних на прискорювачі SLAC (Princeton Rochester, SLAC, Tennessee collaboration), а також у Брукхейвенскiй національнiй лабораторії (Brookhaven National Laboratory) резонансні перерiзи можуть на декілька порядків величини перевищувати відповідні поперечнi перерізи без зовнішнього поля.

(С.П. Рощупкiн, О.А. Лебедь, О.О. Падусенко)

Залежність відносини резонансного диференціального перерізу СТВ електрона на ядрі до перерізу гальмового випромінювання ( без зовнішнього поля) від швидкості електрона при фіксованому положенні його імпульсу в початковому  й кінцевому станах і спонтанного фотона (θ́ = 120˚, φ́ = 10˚ -  суцільна лінія; θ́ = 120˚, φ́ = 60˚– штрихована лінія). Частота зовнішньої хвилі ω = 2,35  еВ, тривалість імпульсу τ = 1,5 ps, напруженість поля в піку імпульсу F0 = 6·109 В/см, відношення часу спостереження до тривалості імпульсу ρ = 5.

Розроблено безцезієве джерело негативних іонів водню на основі трубчатого розряду, що підтримується плазмовою інжекцією з інверсного газомагнетрону. В конструкції джерела реалізовано транспортування негативних іонів з об’єму плазми до емісійного отвору, що дозволило суттєво покращити емісійні характеристики іонного джерела. Одержано рекордні значення емісійної густини  струму іонів Н- (600 мА/см²) для безцезійових джерел з об'ємною генерацією іонів.

При напрузі екстракції 22 кВ одержано струм Н- іонів 60 мА. Довжина імпульсу 1,2 мс, частота ~10 Гц.

Досягнуті значення густини іонного струму та струму іонів Н-, являються кращими серед джерел негативних іонів водню з обємною генерацією що використовується в провідних лабораторіях США та Европи.

(В.А. Батурін, П.А. Литвинов, С.О. Пустовойтов, О.Ю. Карпенко)

Безцезієве джерело негативних іонів водню

Вперше теоретично досліджено народження електрон-позитронної пари електроном в зовнішньому магнітному полі поблизу порогу процесу. Вивчено кінематику процесу та знайдено порогові значення імпульсів частинок. Показано, що переважає процес з орієнтацією спіну початкового електрона вздовж магнітного поля. Знайдена оцінка імовірності процесу в одиницю часу складає 10¹³ c^-1 Процес утворення електрон-позитронної пари електроном ультрарелятивістської енергії спостерігався в полі інтенсивної лазерної хвилі на прискорювачі SLAC і досі не має повного теоретичного опису. Як відомо, за умови ультрарелятивістської енергії частинок конфігурація зовнішнього електромагнітного поля не суттєва, тому процес в магнітному полі буде мати подібні характеристики.

(чл.-кор. НАН України П.І.Фомін, Р.І.Холодов, О.П.Новак).

Пряма (а) та обмінна (б) фейнманівські діаграми процесу народження електрон-позитронної пари електроном в магнітному полі. Суцільні лінії представляють розв’язки рівняння Дірака в постійному магнітному полі.

Радіаційне матеріалознавство, фізика конденсованого стану

В Інституті прикладної фізики НАН України виконано цикл робот по моделюванню нерівноважних процесів, що проходять у матеріалах підданих опроміненню. Для самоузгодженого опису мікроструктурних перетворень у матеріалах реакторної техніки використовується мультимасштабний підхід, який включає розрахунки ab-initio, молекулярну динаміку та підходи Монте-Карло.

Проведено моделювання електронної структури стопів Zr – Nb, та Zr, що містить вакансії при нульовій температурі з перших принципів. Досліджено структурні та енергетичні властивості двох елементарних упорядкованих структур: Zr – Nb та Zr + вакансії. Встановлено оптимальні значення параметрів границі досліджуваних структур, визначено вплив ніобія та вакансій на характер зміни енергетичних характеристик (густини станів, енергетичного спектра та рентгенівських спектрів). Встановлено, що у стопу Zr – Nb, який містить вакансії, з більшою ймовірністю будуть утворюватися елементарні структури, що містять ніобій ніж елементарні структури з вакансіями. При дослідженні гідриду цирконія за низьких температур встановлено, що гідрид цирконія (ZrH2) може бути реалізований у двох конфігураційних варіантах: об’ємно-центрованої та гранецентрованої структурах. Обидві структури можуть бути як кубічними, так і тетрагональними. Оптимізація таких структур дозволила виявити, що енергетично вигідними будуть структури зі структурними співвідношеннями періодів с/а=0,885 та с/а=1,11. Встановлено, що гідрид цирконія, який характеризується гранецентрованою кубічною структурою є найвигіднішим (повна енергія кристалу Е=-98,3 кеВ), гідрид цирконія з об’ємно-центрованої структурою характеризується с/а<1 (E=-97,927 кеВ).

2009

ЯДЕРНА ФІЗИКА, ФІЗИКА ВИСОКИХ ЕНЕРГІЙ І ФІЗИКА ПЛАЗМИ

1.1 Завершено монтажні і пусконалагоджувальні роботи по спорудженню нового аналітичного каналу в складі мікроаналітичного прискорювального комплексу ІПФ НАН України для неруйнівного вимірювання концентрації водню в реакторних матеріалах. До складу каналу входять прецизійний електростатичний аналізатор, система електростатичних ква-друпольних лінз, позиційно-чутливий детектор ядер віддачі та надвисоко-вакуумна камера взаємодії. Проведено тестові експерименти з малокутово-го розсіювання іонів гелію на зразках Al, Ti, Cu і Pb.

Роботи по спорудженню аналітичного каналу виконувались спільно з Інститутом Макса Планка (м.Штутгарт, ФРН).

(акад. НАН України Сторіжко В.Ю., проф. Карстаньен Х.Д., Дрозденко О.О., Крамченков А.Б.)

1.2 Експериментально підтверджено теоретичне передбачення раді¬ального перерозподілу щільності плазми у ВЧ-джерелі при наявності магнітного поля. При цьому змінюються умови поглинання ВЧ-потужності, що призводить до зміщення області максимальної щільності плазми у бік екстрактору та покращення характеристик іонного пучка.

(чл.-кор. НАН України В.І. Мирошніченко, А.Г. Нагорний, Д.А. Нагорний, С.М. Мордик )

Побудовано загальну теорію посилення електромагнітного випромінювання при розсіюванні нерелятивістського електрона на іоні у полі еліптично поляризованої електромагнітної хвилі по всьому інтервалу інтенсивностей. В області помірно-сильного поля виявлено ефект анома¬льного посилення світлового поля, пов'язаний з випромінюванням електронами великої кількості вимушених фотонів хвилі. Внаслідок ефекту аномального посилення квантовий параметр багатофотонності Бункіна-Федорова, який визначає інтенсивність хвилі, досягає великих значень порядку, γi,max~103. На лінійному прискорювачі електронів Стенфордського університе¬ту розпочато експериментальну перевірку зазначених ефектів.

(С.П. Рощупкін, В.О. Цибульник)

РАДІАЦІЙНЕ МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО ТА ФІЗИКА КОНДЕНСОВАНОГО СТАНУ

1 Розроблено методику картування розподілу домішок в приповерхневих шарах товстих зразків конструкційних матеріалів за допомогою ядерного сканувального мікрозонду з мікрометровою роздільною здатністю з використанням ядерно-фізичних методів PIXE і RBS. З використанням розробленої методики проведено дослідження розподілу хімічних елементів в бінарному цирконієвому сплаві Zr1Nb, корпусної сталі та розподілу домішок в інтерфейсах композиту, отриманого за допомогою твердофазного зварювання.

(Д.В. Магілін, К.І. Мельник, О.Г. Пономарьов)

1.2 Розвинено статистичну теорію самоподібних складних систем, генеруючий функціонал яких подається перетворенням Мелліна деформованої експоненти, а генератор масштабного перетворення зводиться до похідної Джексона. Показано, що при такому виборі роль параметра порядку відіграє деформований логарифм амплітуди гідродинамічної моди. У гармонічному наближенні знайдено деформовану статистичну суму і нижчі моменти параметра порядку. Отримано рівняння, яким підкоряється генеруючий функціонал системи, що має симетрію та зв'язки. Розвинена польова схема є основою статистичної теорії складних систем, для яких імовірність реалізації мікростанів має не експоненціальний, а ступеневий хвіст. До таких систем відносяться феромагнетики, спінове скло, двовимірна електронна плазма у турбулентному режимі, тверді тіла, які підлягають опроміненню, квантові системи, що проявляють ефекти за¬плутування, та багато інших.

(О.І. Олємской)

РАДІОХІМІЯ, РУДОУТВОРЕННЯ ТА МІНЕРАЛОГІЯ

Отримано експериментальне підтвердження існування в природі і конкретно у Ново-Станковатському родовищі України мінералу з ізотопно чистим ⁸⁷Sг (96,4+ 2,6)% при звичайній ізотопній розповсюдженості - 7%.

(А.А. Вальтер)

ФІЗИКА М'ЯКОЇ РЕЧОВИНИ

На основі концепції побудови сучасних біоміметичних матеріалів для потреб медицини вперше отримані та піддані всебічному фізико-хімічному аналізу такі перспективні біокомпозити:
а) нанореактори на основі акрилових гідрогелів для утворення та іммобілізації в їх поровому просторі нанорозмірних кальцій-фосфатних час тинок гідроксилапатиту;
б) біокомпозити на основі хітозану та нанокристалічного апатиту. Проведено серію біологічних досліджень in vivo отриманих зразків біокомпозитів та доведено їх високий ступінь біосумісності і терапевтич¬ний потенціал.

(чл.-кор. НАН України Л.Ф. Суходуб, С.Н. Данильченко, А.Н. Калинкевич, О.В. Калинкевич, І.Е.Болдескул)

2008

ТЕОРЕТИЧНА ФІЗИКА

На базі об’єднаної схеми: фізика вакуумних конденсатів квантової хромодинаміки, релятивістська теорія надплинності та фізика керрівських чорних дірок, що обертаються, розвинено квантово-вихореву теорію релятивістських струменів (джетів) в квазарах, радіогалактиках та активних ядрах галактик. Знайдено закон еволюції енергетики джетів у часі та залежність ефективної довжини джетів від середньої густини міжзоряного газу, з яким вони зіткаються.

ЯДЕРНА ФІЗИКА ТА ФІЗИКА ВИСОКИХ ЕНЕРГІЙ

Вперше розроблено та проведено випробування емісійного спектрометру низького тиску для підвищення ефективності іонізації атомів досліджуваного зразка. Застосування індуктивно зв’язаної плазми низького тиску (ІЗПНТ) в зовнішньому магнітному полі дозволяє отримати низку переваг в порівнянні з ІЗП атмосферного тиску, а саме: низький рівень витрат робочого газу і введеної в плазму ВЧ потужності, відсутність контакту плазми з навколишнім середовищем аналітичної лабораторії. Показано, що іонна емісія суттєво превалює над атомною, що покращує умови ідентифікації елементів досліджуваного зразка. Створений спектрометр знайде застосування в реакторному матеріалознавстві.

(акад. НАН України Сторіжко В.Ю., чл.-кор. НАН України Мірошниченко В.І., Мордик С.М., Бугай О.М.)

З’ясовано природу Ca-уранініту з корінних родовищ урану натрій-уранової формації Українського щита. Доведено, що в рудах родовищ натрій уранової формації Українського щита пізній Са-уранініт є фазою сталого складу із співвідношенням атомних кількостей кальцію до урану як 1:2. Рентгенографічними дослідженнями доведено монофазність зразків (структура типу флюориту, параметр елементарної комірки a₀=0,537 nm.). Са-уранініт має переважно форму плівочних виділень, що розколюються на прямокутні частинки. Через тонкий характер плівок і мікронний розмір кристалітів під дією природних агентів звітрювання легко втрачає проміжні продукти ділення атомів урану і через це є типовим носієм радіоактивної нерівноваженості. Мінерал може бути використано для встановлення останнього часу радіохімічної зміни уранових руд. Отримані результати свідчать, що Са-уранініт може бути раніше невідомою природною сполукою.

(Вальтер А.А.)

2007

ТЕОРЕТИЧНА ФІЗИКА

В рамках квантово-вихоревої моделі релятивістської струминної активності квазарів розглянуто питання про закон часової еволюції та характерні часи активності таких об’єктів. Показано, що характерні часи, які передбачаються теорією, попадають в діапазон 50-100 млн. років, що узгоджується за порядком величини з даними спостережень. Формула для характерного часу еволюції квазарів містить лише три світові сталі  і динамічну масу кварків , запозичену з фізики адронів.

(чл.-кор. НАН України Фомін П.І.)

ЯДЕРНА ФІЗИКА ТА ФІЗИКА ВИСОКИХ ЕНЕРГІЙ

Здійснено фізичний запуск першого в країнах СНД ядерного скануючого мікрозонду в складі аналітичного прискорюючого комплексу Інституту прикладної фізики НАН України на базі електростатичного прискорювача з максимальною напругою 2 МВ. Для фокусування пучка іонів застосовано інтегровану зондоформуючу систему з двома дублетами магнітних квадрупольних лінз нової конструкції. Отримано розміри пучка на мішені 1.2×2 мкм² (FWHM) при повному струмові пучка ≈100 пА, що є на рівні світових аналогів для цього класу прискорювачів.

(акад. НАН України Сторіжко В.Ю., чл.-кор. НАН України Мірошниченко В.І., Пономарьов О.Г.)

Методом рентгенівської фотоелектронної спектроскопії (РФЕС) відпалених зразків кісткової тканини встановлено, що кальцій знаходиться у стані Ca²⁺ , а фосфор – у стані PO₄^3-, що близько до таких сполук як фосфат кальцію Ca₃(PO₄)₂ або гидроксилапатит Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂. Також встановлено, що енергія зв’язку Са2р і Р2р в залежності від температури відпалу зразків не змінюється. Із порівняльного аналізу розрахунків, виконаних за допомогою ZAF – корекції встановлено, що використання кисневих співвідношень, отриманих методом РФЕС, та проведення одночасних вимірювань по всім елементам, присутнім у зразку,

(Калініченко Т.Г., Павленко П.А., Данильченко С.М., Суходуб Л.Ф.)

2006

ТЕОРЕТИЧНА ФІЗИКА

Показано, що ефекти динамічного порушення кіральної симетрії з утворенням вакуумних конденсатів в квантовій хромодинаміці і теорії електрослабких взаємодій приводять до трактовки природи сил інерції, тобто походження лівої частини рівнянь Ньютона, як чисто вакуумного квантовопольового ефекту, а саме як прояви «вакуумного вітру», що виникає при прискоренні тіл відносно вакуумних конденсатів. На відміну від гіпотетичного класичного «ефірного вітру» ХІХ ст. «вакуумний вітер» є пропорційним прискоренню, а не швидкості.

(чл.-кор. НАН України Фомін П.І.)

ЯДЕРНА ФІЗИКА ТА ФІЗИКА ВИСОКИХ ЕНЕРГІЙ

Розроблено компактні генератори плазми з постійними магнітами для використання в плазмових технологіях, джерелах іонів для застосування в нано- та мікро- аналітичних аналізаторах, мас-спектрометрах з індуктивно-звязанною плазмою. Одержані режими роботи ВЧ-генераторів з високою густиною плазми ~10¹³ см^-3 (аргон) , ~3*10¹² см^-3 (гелій), ~8*10¹¹ см^-3 (водень) при < 300 Вт введеною в плазму ВЧ-потужності (f_ВЧ=27.12 МГц) та режимах низького тиску в розрядній камері плазмового генератора < 4 мТорр. Підвищення густини плазми в джерела здійснюється за рахунок створення ефективного ВЧ розряду зі зовнішнім магнітним полем.

(акад. НАН України Сторіжко В.Ю., чл.-кор. НАН України Мірошниченко В.І., Мордик С.М., Возний В.І.)

Методами рентгенівської дифракції, атомно-абсорбційної спектрометрії та електронно-зондового рентгенівського мікроаналізу досліджено фазовий розпад біогенних та синтетичних Mg-вмісних апатитів з утворенням b-трикальціймагнійфосфату(b-TКMФ). Із порівняльного аналізу продуктів розпаду біогенного і синтетичного апатиту встановлено, що утворення b-TКMФ лімітується як недостатньою концентрацією Mg, так і малими розмірами кристаліті.

Для дослідження локалізації та температурної міграції Mg розроблено препаративні методи виділення з біомінералу його апатитної складової при збереженні мікроструктури кристалів. Методами елементного аналізу оцінено “стабільну” частку Mg, що зв’язана з кристалічною структурою біоапатиту, та “лабільну”, що входить до так-званого неапатитного оточення кристалів біомінералу. В результаті проведених досліджень виявлено, термоактивований ефект видалення Mg із кристалічної решітки біоапатиту на поверхню кристалів. Намічено технологічні шляхи створення кальційфосфатних біоматеріалів із різною пролонгацією процесу виходу Mg у біологічне середовище організму.

(Данільченко С.М., Бугай О.М., Суходуб Л.Ф.)

2005

ТЕОРЕТИЧНА ФІЗИКА

У загальному релятивістському випадку вивчено вплив поляризації хвилі на факторизацію резонансного перерізу розсіювання фотона на електроні в полі еліптично поляризованої електромагнітної хвилі. Установлено, що факторизація резонансного перерізу на відповідні перерізи двох процесів першого порядку по сталій тонкої структури має місце незалежно від поляризації хвилі для нерелятивістських енергій електрона. У випадку релятивістських енергій електрона ця факторизація можлива лише для лінійної поляризації хвилі. Максимальна відмінність від факторизованого перерізу відповідає випадку циркулярної поляризації хвилі. Показано, що резонансний переріз розсіювання фотона на електроні в полі плоскої хвилі може на декілька порядків величини перевищувати відповідний переріз без поля.

(Рощупкін С.П., Ворошило О.І.)

ЯДЕРНА ФІЗИКА ТА ФІЗИКА ВИСОКИХ ЕНЕРГІЙ

1. В наближенні рівномірного розподілу частинок пучка в фазовому просторі проведено дослідження можливості підвищення граничної роздільної здатності іонних зондових систем формування мікропучків мегаелектронвольтних енергій за допомогою параметричних мультиплетів магнітних квадрупольних лінз для системи з більшою кількістю лінз. Показано, що густина аксептансу, яка характеризує роздільну здатність зондоформуючої системи і пропорційна густині струму на мішені, має тенденцію збільшення з ростом кількості лінз, але в системі з п’ятьма і шістьма лінзами має практично ту ж саму густину аксептансу. Це свідчить про недоцільність застосування зондових систем формування мікропучків з кількістю лінз більш ніж п’ять, що підтверджується останніми експериментальними даними інших авторів.

(акад. НАН України Сторіжко В.Ю., Мірошниченко В.І., Пономарьов О.Г., Мельник К.І)

2. Розроблено кристалохімічну модель закріплення атомів віддачі ізотопу ¹⁸⁷Os в структурі молібденіту після b- розпаду ядра ¹⁸⁷Re. За допомогою цієї моделі передбачено явище аномального збагачення молібденітів на ¹⁸⁷Os.

(Вальтер А.А., Писанский А.І.)

ФІЗИКА М’ЯКОЇ РЕЧОВИНИ

Вперше в неемпіричному наближенні abinitio проведено квантово-хімічні розрахунки електронної та просторової будови, а також коливальних спектрів (ІЧ- поглинання) фосфатів кальцію та кластерів гідроксилапатиту, включаючи асоціатори з молекулами води, які є передвісниками біофосфатів. Встановлено, що морфологічні зміни при кластерізації фосфатів адекватно відображуються в їх розрахованих коливальних спектрах, а обчислені коливальні частоти в спектрах ІЧ -поглинання та розсіяння нейтронів шляхом їх зіставлення з експериментальними результатами і рішення оберненої спектральної задачі дозволили отримати реальні силові поля вивчених структур: наявність гідроксильної групи зв’язаної з кальцієм ідентифікується за лініями поглинання 633 см^-1, а також 650 і 3735 см^-1; атоми кальцію мають змінне координаційне число, що спричиняє уширення ліній в коливальних спектрах. Отримані дані в поєднанні з мас-спектрометричними та іншими дослідженнями є суттєвими для виявлення впливу мінералізації колагену на його гідратно-іонне оточення при утворенні нової кісткової тканини

(Суходуб Л.Ф., Болдескул І.Є.)

2004

ТЕОРЕТИЧНА ФІЗИКА

Створено релятивістську теорію ефекту посилення електромагнітного випромінювання в процесі розсіяння електрона на ядрі в полі циркулярно-поляризованої електромагнітної хвилі. Ефект посилення циркулярно-поляризованої електромагнітної хвилі має місце в певній області кутів початкового електрона щодо напряму розповсюдження хвилі і істотно залежить від енергії електронів і інтенсивності поля. Показано, що найбільше поси¬лення поля має місце для нерелятивістських електронів у області середніх полів. Із зростанням енергії електронів ефект посилення поля ослабляється і для ультрарелятивістських електронів - пропадає. Підвищення інтенсивності поля при даній енергії електронів також приводить до повільного ослаблення ефекту посилення поля. Для високих інтенсивностей хвилі ефект посилення поля пропадає. Показано, що у області оптичних частот для середніх полів (F~(10⁵ ÷10⁶)В/см) коефіцієнт посилення лазерного випромінювання може складати величину порядку μ~10^-1 см^-1 для достатньо потужних електронних пучків.

(Рощупкін С. П., Цибульник В. А.)

ЯДЕРНА ФІЗИКА ТА ФІЗИКА ВИСОКИХ ЕНЕРГІЙ

Розроблено діагностичну апаратуру для вимірювання густини плазми та енергетичного розкиду пучку в високочастотних джерелах іонів. Введено в дію СВЧ інтерферометр для вимірювання густини плазми в діапазоні 10 ¹¹ -10 ¹³ см^-3 та енергоаналізатор для вимірювання енергетичного розкиду пучку в діапазоні 1 - 150 еВ. Проведено виміри густини плазми для індукційних режимів ВЧ джерела іонів аргону, гелію та водню. В мультикасповому з металевою розрядною камерою високочастотному джерелі іонів реалізовано режими роботи з енергетичним розкидом 8 еВ.

(акад. НАН України Сторіжко В.Ю., Мірошниченко В.І., Мордик С.М., Возний В.І., Нагорний А.Г.)

ФІЗИКА М'ЯКОЇ РЕЧОВИНИ

Експериментально досліджено процес мінералізації колагенових фібрил з гідроксил апатитом (ГАП)(мінеральної компоненти кісткової тканини). Вперше вивчено вплив мінералізації на гідратацію колагену. Знайдено, що в присутності ГАП деякі сайти гідратації колагенових фібрил які відповідають регіонам з'єднання проколагенових мономерів, є закритими для прямої взаємодії з молекулами води, що може привести до зміни конформації колагенового пептиду при біомінералізації. Розроблено молекулярну модель, яка демонструє початкову фазу мінералізації двох колагенових шарів нанокристалами ГАП у водному оточенні.

(Суходуб Л.Ф.)

2003

ЯДЕРНА ФІЗИКА ТА ФІЗИКА ВИСОКИХ ЕНЕРГІЙ

1. Виконані теоретичні і експериментальні дослідження процесів генерації та поглинання плазмових хвиль в геліконовому діапазоні частот з плазми та яскравості іонних джерел. Показано, що необхідна густина плазми плазми (10¹¹ ÷ 10¹³ см ^-3) досягається за рахунок резонансного поглинання хвиль при низькій величині введеної в плазму високочастотної потужності. Утримування стабільної плазми здійснюється за допомогою кільцевих постійних NdFeB магнітів. Отримані режими роботи джерела іонів гелію і аргону з яскравістю 100 Ам^-2рад^-2 Ев^-1, що в кілька разів перивищує яскравість компактних газових джерел, які використовуються для отримання сфокусованих субмікронних пучків іонів Мев-них енергій.

(акад. Сторіжко В.Ю., Мірошниченко В.І., Мордик С.М., Возний В.І.)

2. Запропоновано новий метод аналізу спектрів часу життя позитронів, який ґрунтується на використанні ефективних (швидких) алгоритмів. Сформульовано новий критерій визначення числа станів у спектрі. Розроблено програмне забезпечення, та проведено його тестування на модельних спектрах. Показано, що метод має високу роздільну здатність. Це робить його перспективним при аналізі спектрів, які містять близькі компоненти.

(Кульментьєв О.І.)

ФІЗИКА М'ЯКОЇ РЕЧОВИНИ

Отримано нові дані про дефектність кристалічної будови біомінералу кісткової тканини: розміри кристалітів (L), та мікродеформації кристалічної гратки (ε) біоапатиту як у нормальному стані, так і при патології та в модельних умовах; вивчена локалізація у біоапатиті карбонат-іону (СО32-), що є основним чинником недосконалості кристалічної будови. Отримані результати необхідні для розуміння механізмів біомінералізації, а саме структурних та субструктурних особливостей біоапатиту, які є визначальними факторами в процесах перебудови та відновлення кісткової тканини.

(Данильченко С.М., Суходуб Л.Ф.)

2001

У розділ "Ядерна фізика та фізика високих енергій"

Завершено цикл досліджень граничної роздільної здатності сучасних зондоформуючих систем ядерного мікрозонду на базі триплетів та квадруплетів магнітних квадрупольних лінз. Визначені граничні рівні паразитичних секступольної та октупольної компонент поля квадрупольних лінз, при яких їх внесок в роздільну здатність не є визначальним. Показано, що застосування сучасних електростатичних прискорювачів з відносним розкидом по енергіям частинок в пучку ε/ε 10^-5 та прецизійних магнітних квадрупольних лінз розв'язує проблему хроматичних та паразитичних аберацій, викликаних порушенням квадрупольної симетрії лінз. Таким чином, зандоформуючі системи на базі триплетів та квадруплетів магнітних квадрупольних лінз мають границю своєї роздільної здатності на рівні ~ 0,3 мкм при струмі І=100рА, яка визначається власними сферичними абераціями 3-го порядку. Подальший прогрес в розробках мікрозондів МеВ-ного діапазона визначається яскравістю іонних джерел. 

(акад. НАН України Сторіжко В.Ю., Мирошніченко В.І., Пономарьов О.Г.Лебідь С.О., Мордик С.М.)

Розглянуто процес ультраквантового магніто-гальмівного поляризованого випромінювання у випадку, якщо електрон перебуває у довільному слабо збудженому електричному стані. Залежність аоляризації фотона від кута випромінювання в ультра квантовому наближенні збігається з відомим квазикласичним виразом. Знайдено жорстку кореляцію між лінійною поляризацією фотона і переорієнтацією спіна електрона: при переорієнтації спіна знак лінійної поляризації змінюється на протилежний.

(чл.-кор. НАН України ФомінП.І., Холодов Р.І.)

 Запропоновано новий метод аналізу спектрів часу життя позитронів в речовині, який грунтується на використанні ефективних (швидких) алгоритмів. Сформульований новий критерій визначення числа станів у спектрі. Розроблено програмне забезпечення, а також на модельних спектрах проведено його тестування. Показано, що метод має високу роздільну здатність. Це робить його перспективним при аналізі спектрів, які містять близькі компоненти.

(Кульментьєв О.І.)

 

У розділ "Молекулярна фізика та біофізика"

Проведено дослідження взаємодфї стероїдних препаратів рослинного походження з компонентами біополімерів. Вивчено формулювання нековалентно зв'язаних комплексів між молекулою стероїдного глікозиду і різноманітними біомолекулами (амінокислотами, нуклеозидами та нуклеотидами), з метою розкриття основ можливих механізмів терапевтичної дії цих препаратів чи небажаних побічних ефектів та молекулярних основ впливу на компоненти біополімеріів. Дослідженняв виконані з використанням м'якоіонізаційної мас-спектрометрії (ToF-PDMS).

(Суходуб Л.Ф., Пилипенко В.В., Калінкевич О.М.)

 

1997

У розділ "Ядерна фізика та фізика високих енергій"

Розроблені для використання в скануючому ядерному мікрозонді високояскраве ВЧ-джерело іонів з магнітною "дзеркальною пасткою" та високошвидкісна феромагнітна скануюча система з малими абераціями

(Лебідь С.О., Мордик С.М.)

Розроблений проект компактного ядерного мікрозонду

(Лебідь С.О.)

 

У розділ "Фізика твердого тіла"

Запропоновано мікроскопічну зонну теорію спектру елементарних збуджень у надплинному гелії, яка веде до висновку про кристалоподібне упорядкування рідкого гелію в основному стані

(чл.-кор. НАН України ФомінП.І.)

 

У розділ "Фізико-хімічні основи організації біологічних систем"

За допомогою напівемпіричного квантово-хімічного методу MNDO-H знайдено енергії стабілізації різних нуклкотидних пар ДНК (пурін-пурінові, перімідін-перімідінові, пурін-пурімідінові), які були експеріментально знайдені у мас-спектрах. Показано, що енол-імін таутомерія може впливати на утворення пар. Наприкладя. деякі біомолекули у "небіологічній" таутомерній формі можуть утворювати пари з трьома Н-зв'язками

(Суходуб Л.Ф., Аксьонов С.О., Болдескул О.І.)

1991

 

У галузі фундаментальних досліджень по ядерно-ізичним засобам досліджень

Завершені експериментальні дослідження процесів генерації втринних електронів і фотонів у речовині при опромінюванні пучками прискорених іонів у діапазоні енергій від 0,5 до 3 МеВ. На основі виконаних досліджень вперше розроблена методика, виготовлено і опробувано на прискорювачі обладнання аналітичного канала прискорювального комплексу, створюємого у ІПФ АН України. Новий аналітичний канал оснащений електростатичним аналізатором, оптичним спектрометром та багатоканальною спектрометричною апаратурою, пов'язаною з ЕОМ.

У додаток до широко розповсюджених ядерних засобів елементного складу матаріалів відкривається можливість отримання аналітичної інформації про хімічний склад та структуру матеріалів. Робота виконана сумісно з ХДУ ім. О.М.Горького

(д.ф.-м.н., проф. Сторіжко В.Ю., к.ф.-м.н. Дедік А.М.)

 

У розділ "Фізика твердого тіла"

Запропоновано мікроскопічну зонну теорію спектру елементарних збуджень у надплинному гелії, яка веде до висновку про кристалоподібне упорядкування рідкого гелію в основному стані

(чл.-кор. НАН України ФомінП.І.)

 

У галузі фундаментальних досліджень по фізиці твердого тіла та матеріалознавству

Запропоновано новий підхід у елепсометрії, дозволяючий реалізувати граничні можливості засобу, який знаходить широке пристосування у дослідженнях оптичних властивостей і товщини шарів тонкоплінкових систем. У його основі лежить однозонова методика еліпсометричних вимірювань. На основі цієї методики запропонована нова метрологія, дозволяюча суттєво підвищити точність вимірювання поляризаційних кутів, ірозроблена теорія еліпсометрії анізотропних середовищ.

(д.ф.-м.н., проф., Семененко А.І.)