Фундаментальні дослідження:

• Квантова електродинаміка в сильних електромагнітних полях.
• Взаємодія зарядженої частинки із замагніченим електронним газом.
• Дослідження умов виникнення та протікання високовакуумних високоградієнтних пробоїв у прискорювальних елементах.
• Плазмові процеси в джерелах іонів і магнетронів імпульсного типу.
• Дослідження зміни мікроструктури та еволюції дефектної структури мультикомпонентних сплавів реакторної техніки у процесі довгострокового нейтронного опромінення багаторівневим числовим моделюванням
• Інтегроване багаторівневе моделювання механічних властивостей конструктивних реакторних матеріалів під дією опромінення.
• Процеси взаємодії прискорених іонів і електронів МеВ-них енергій з речовиною.
• Іонна імплантації та імітаційні експерименти з дослідження впливу опромінення на конструкційні матеріали ядерної енергетики.
• Фізичні принципи генерації та формування інтенсивних пучків як позитивних так і негативних газових та металевих іонів для високоенергетичних іонних прискорювачів.
• Дослідження процесів нерівноважної плазми і розробка плазмових технологій виробництва водню для інтегрованих ядерно-водневих систем
• Дослідження фізико-хімічних властивостей водень-абсорбційних матеріалів перспективних для гібридних енергетичних систем і відновлювальних джерел енергії

Прикладні дослідження

• Рентгенівський фазовий контраст на базі компактних джерел рентгенівського випромінювання.
• Технологія і застосування ядерного скануючого мікрозонду.
• Технологія і застосування протонно-променевої літографії.
• Дослідження механізмів впливу водню на фізичні властивості конструкційних матеріалів для атомної енергетики.
• Розробка нових високодисперсних композиційних матеріалів з високими характеристиками радіаційної стійкості та фізико-хімічними властивостями
• Ядерно-фізичні методи локального аналізу для виконання задач ядерної криміналістики, характеризації, датування та збереження артефактів культурної спадщини.

Науково-технічні розробки

• Установка фазоконтрастної томографії для ранньої діагностики онкологічних, серцево-судинних захворювань.
• Експериментальна установка для отримання водню шляхом розщеплення природного газу в високочастотному (ВЧ) та над-високочастотному (НВЧ) розрядах при атмосферному тиску.
• Зондформуючі системи з корекцією аберацій для установок протонно-променевої літографії, що дасть можливість поліпшити їх роздільну здатність за рахунок зменшення сфокусованого пучка до розмірів <10 нм
• Рентгенівські дифракційні ґратки для фазоконтрастних томографів наступного покоління, які створюються з метою дослідження радіаційних дефектів реакторних матеріалів та ранньої діагностики онкологічних захворювань.
• Експериментальний стенд і відпрацювання технології для модифікації поверхні каналу повномірного ствола калібру 30 мм для підвищення його ресурсу живучості методом магнетронного розпилення імпульсами високої потужності.
• Інжектор іонів берилію (та іонів інших металів), його впровадження в іонний імплантер та прискорення пучка іонів берилію до енергії 20-120 кеВ для забезпечення технологічного процесу виготовлення фотоприймачів в діапазоні ІЧ спектру для систем наведення.
• Випробування технології магнетронного розпилення туго-плавких матеріалів імпульсами високої потужності у вакуумі для отримання зносостійких та корозійностійких покриттів з покращеними фізико-механічними властивостями.

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)