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.

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)

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)

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.

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)

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)

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.)