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.

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)