Главные научные результаты, полученные учеными НИИ ЯП БГУ в 2015 г. в области прикладных научных исследований

- Создан экспериментальный образец СВЧ генератора на основе аксиального виркатора с трехполостным резонатором с импульсной плотностью мощности в максимуме 500 МВт/м².

- Разработана Лабораторная технологическая инструкция синтеза многослойных графеновых материалов типа графеновых нанопластинок с числом слоев до 10, в том числе химически модифицированных, отличающихся повышенной адгезией наноматериала к медным подложкам взрывоэмиссионных катодов большого диаметра, необходимой для обеспечения однородности эмиссии со всей площади катода. Выработан подход для моделирования взрывоэмиссионных явлений и динамики электронного пучка в планарном диоде, основанный на совместном численном решении гидродинамических уравнений, описывающих движение прикатодной плазмы и кинетических уравнений, которым подчиняется движение электронов в пучке.

- Создана оригинальная система управления контентом для создания учебно-научных порталов различных профилей на основе свободного программного обеспечения, на основе которой создан электронный портал ядерных знаний учреждений образования Республики Беларусь BelNET, расположенный в интернете по адресу: http://lar.inpnet.net/el/belnet/

- Валидирован метод "Этанол в качестве внутреннего стандарта" прямого определения количественного содержания летучих компонентов в спиртосодержащей продукции на основе экспериментальных данных по Рекомендации Европейской Комиссии ЕС2870/2000.

- Дана оценка вклада нейтронов в дозу облучения персонала на рабочем месте во время работы медицинского линейного ускорителя электронов Clinac 2300/CD (Боровляны, РНПЦ онкологии и медрадиологии им. Н.Н.Александрова)

- Получены первые образцы Базового Структурного Кристалла (БСК) – средства для разработки программируемых аналоговых интегральных схем для жестких условий эксплуатации и подтверждение расчетных параметров основных функциональных элементов (в рамках НТП СГ «Мониторинг СГ», совместно с ОАО «МНИПИ», Минск, Беларусь)

- Разработана методика получения пористых (наноперфорированных) пленок CoPd и FePd, синтезированных на основе пористых темплатов Al₂O₃ (производства ЛФПМ) и TiO₂ с упорядоченным расположением нанопор, которые проявляют перпендикулярную магнитную анизотропию относительно плоскости пленки и пригодны для разработки сред перпендикулярной записи информации сверхвысокой плотности.

- Разработана методика расчета размагничивающих факторов и эффективного коэффициента перпендикулярной магнитной анизотропии многослойных гетероструктур с одноосной анизотропией из магнитного-немагнитного металлов, как сплошных, так и перфорированных, с использованием данных магнитной резонансной спектроскопии и вибрационной или сквид-магнетометрии.

- На основании комплексного изучения структуры и магнитных свойств нанокомпози-ционных пленок FeCoZr-CaF₂ выявлен способ усиления их перпендикулярной магнитной анизотропии путем облучения высокоэнергетичными тяжелыми ионами Хе с энергией 167 МэВ в диапазоне флюенсов D = 8-20•10¹² ионов/cм², которое вызвано эффективным разбиением ионными треками кластера магнитно-взаимодействующих наночастиц alpha-FeCo(Zr) в данных пленках, что приводит к увеличению их поля анизотропии и снижению размагничивающего поля, практически значимых для создания на основе изучаемых пленок сенсоров магнитного поля.

Главные научные результаты, полученные учеными НИИ ЯП БГУ в 2016 г. в области прикладных научных исследований

- Проведена оценка верхней границы влияния кристаллической структуры сцинтиллятора в сравнении с аморфным веществом на развитие электромагнитной лавины. Оценка произведена с помощью программного комплекса Geant4, путем модификации процессов рождения электрон-позитронных пар и излучения гамма-квантов электронами и позитронами в предположении того, что все частицы движутся вдоль главной оси кристалла. При учете кристаллических эффектов в Geant4, сдвигается пик электромагнитной лавины в PWO ECAL ячейке на 2.3 радиационных длин и 4 радиационных длин для энергий 0.1 и 1 ТэВ соответственно.

- Выполнены работы по настройке и проверке эллиптических сверхпроводящих ниобиевых резонаторов (ускоряющих секций для Международного линейного коллайдера) после завершения их доработки (доварки фланцев, полировки внутренней поверхности). Впервые получено максимальное значение нагруженной добротности резонатора, равное 2,8•109 при абсолютном согласовании резонатора с СВЧ трактом: КСВ = 1,0000.

- В рамках участия в подготовке проекта NICA (ОИЯИ, г. Дубна) разработан ряд электронных узлов и интегральных микросхем для установки MPD, осуществлено сопровождение разработки и изготовления конструктивных элементов.

- Разработана технология магнитной функционализации CVD графена типа “twisted” путем электрохимического осаждения кластеров наночастиц со структурой «ядро-оболочка», направленная на создание композиционных слоистых наноструктур для разработки новых гибридных магниточувствительных устройств.

- В отчетном году сотрудниками института было опубликовано 451 научная работа по основным направлениям тематики научных исследований, из которых 1 монография, 2 сборника научных трудов, 1 сборник тезисов, 1 глава в монографии, 328 статей в научных журналах, 9 электронных препринтов, 51 статья в сборниках научных трудов, 58 тезисов конференций. 39 научных сотрудников имеют опубликованные статьи в международных журналах с импакт-фактором, большим 1.

- Статья D. Bychanok, S. Li, A. Sanchez-Sanchez, G. Gorokhov, P. Kuzhir et al., Hollow carbon spheres in microwaves: Bio inspired absorbing coating, Appl. Phys. Lett. 108 (2016) 013701 вошла в число наиболее читаемых статей 2016 года в журнале Applied Physics Letters. По выбору редакции статья рекламируется издательством в прессе.

- Опубликован сборник научных трудов «Фундаментальные и прикладные физические исследования 2010-2016» под ред. С.А. Максименко. В сборнике представлены результаты научных исследований, выполненных сотрудниками НИИ ЯП БГУ за 30 лет его существования в области ядерной, теоретической и прикладной физики и приборостроения. РУП Издательский центр БГУ, 424 стр., 2016г., ISBN: 978-985-553-384-0.

- В издательстве Springer вышло в свет второе издание книги "Inorganic Scintillators for Detector Systems: Physical Principles and Crystal Engineering". Авторы: Paul Lecoq, Alexander Gektin, Mikhail Korzhik. ISBN: 9783319455228 (online) • 9783319455211. DOI: 10.1007/978-3-319-45522-8.

- В издательстве Springer вышла книга трудов конференции NATO ARW "Fundamental and Applied Nano-Electromagnetics", которая состоялась в Минске в НИИ ЯП БГУ 26-29 мая 2015. A. Maffucci and S.A. Maksimenko (Eds), Fundamental and Applied Nano-Electromagnetics, NATO Science for Peace and Security Series B: Physics and Biophysics, Springer Science + Business Media. ISBN 978-94-017-7476-5 doi: 10.1007/978-94-017-7478-9.

- Опубликован буклет, посвященный научной деятельности НИИ ЯП БГУ (на английском языке). Выходные данные: Institute for nuclear problems Belarusian State University, РУП Издательский центр БГУ, 32 стр, 2016г., ISBN: 978-985-553-382-6.

Главные научные результаты, полученные учеными НИИ ЯП БГУ в 2017 г. в области прикладных научных исследований

- Создана модель облучения человека в процедуре рентгеновского томографического исследования на основе метода Монте-Карло. Разработан и верифицирован метод ускоренного расчета доз облучения органов и тканей пациента. Получены оценки распределения доз облучения в теле человека для основных процедур компьютерной томографии с различными наборами технических параметров. Рассчитаны компьютерно-дозиметрические индексы дозы для используемых на практике значений напряжения на рентгеновской трубке и конфигураций фильтра излучения. Исследована взаимосвязь между величиной слоя половинного ослабления излучения и толщиной эквивалентного алюминиевого фильтра рентгеновского аппарата. Полученные результаты будут использованы для формирования массивов значений коэффициентов перехода от измеренного компьютерно-дозиметрического индекса дозы конкретного компьютерного томографа к поглощенным дозам облучения органов и тканей пациента, получаемых в различных процедурах исследования. В дальнейшем эти данные должны быть положены в основу автоматизации расчетов дозовых нагрузок людей, получаемых в процедурах компьютерной томографии, с учетом технических особенностей томографа и антропометрических характеристик пациента.

- Впервые разработан способ получения планарных наногетероструктур Co/графен/SiO₂//Si путем электрохимического осаждения кобальта на подложку SiO₂//Si с поверхностным слоем CVD графена, содержащую изолированные наночастицы типа «ядро Co–оболочка CoO» и характеризующуюся коэрцитивной силой (магнитожесткостью) до 300 Э и электросопротивлением до 0,55 кОм·м (подана заявка 2017/EA10094 на изобретение «Способ электрохимического получения композиционного материала графен-наночастицы Co/CoO» о выдаче Евразийского патента 01.12.2017 г.).

- Получены ограничения на степень предварительной модуляции электронного пучка, необходимую для создания мощного источника терагерцового электромагнитного излучения, основанного на когерентной фазировке колебаний от нескольких короткоимпульсных квазичеренковских генераторах, работающих в импульсно-периодическом режиме.

- Проведены межлабораторные испытания метода прямого определения летучих компонентов («токсичных микропримесей») в спиртосдержащей продукции. Приготовлены стандартные образцы (СО) количественного содержания летучих компонентов в водно-этанольном растворе с объемным содержанием этанола 40%. Набор СО, состоящий из 6 стандартных микровиал объемом 2 мл вместе с актом отбора проб были переданы 8 участникам МЛИ. Анализ результатов показал, что получаемые высокие метрологические характеристики предложенного метода прямого определения количественного содержания летучих компонентов в спиртосодержащей продукции указывает на перспективность его применения в качестве референсного стандарта.

- Разработан ряд узлов электроники считывания и обработки сигналов для датчиков сложных технических систем, включая космические, на основе радиационно-стойкого базового структурного кристалла и full custom на основе bi-CMOS с проектными нормами 180 нм. В частности, электроника будет использоваться для создания установки MPD проекта NICA (ОИЯИ, г. Дубна).

- Проведено GEANT4 моделирование чувствительности нейтронных детекторов, содержащих литий, гадолиний, бериллий. Установлено, что для гадолиний-содержащих детекторов, где поглощение нейтронов сопровождается испусканием гамма-квантов, предпочтительна регистрация нейтронов по наиболее интенсивным мягким группам линий гамма-излучения с энергиями 80 и 190 кэВ. Разработан экспериментальный образец детектора тепловых и надтепловых нейтронов с повышенной загрузочной способностью на основе активированного церием галлий-алюмо-гадолиниевого граната Gd₃Al₂Ga₃O₁₂ (GAGG:Ce).

- Выполнены исследования эффективности применения СВЧ излучения для термообработки диэлектрических материалов. Рассмотрен механизм взаимодействия микроволнового излучения с диэлектрическими средами.

- Выполнен расчет многомодовых высокодобротных резонансных преобразователей, работающих в условиях сильных электрических и магнитных полей. Выполнен комплекс исследований физико-химических характеристик трансформаторного масла методами микроволновой диэлектрометрии и влагометрии.

- Выполнено экспериментальное исследование резонансных характеристик сформированных нанокомпозитов в частотной области от 1 до 78 ГГц.

- Выполнен расчет оптимального возбуждения многомодовой резонансной СВЧ системы; разработан и изготовлен макет оборудования многомодовой резонансной идентификации и контроля материалов.

- Исследованы особенности воздействия электромагнитного излучения мм диапазона длин волн на модельные биологические объекты. Определен характер и степень влияния электромагнитного излучения мм диапазона длин волн на клеточные структуры. Выполнены исследования эффектов и постэффектов действия электромагнитного излучения мм диапазона длин волн на отдельные биообъекты в модельных условиях.

- Обнаружена причина защёлкивания многоканальных интегральных микросхем (ИМС) усилителей с низкоомным входом для регистрации сигналов от газоразрядных мини-дрейфовых трубок с открытой геометрией катода мюонных систем установок PANDA/FAIR (Институт JSI, г. Дармштадт, Германия) и NICA-MPD (ОИЯИ, г. Дубна Московской обл., Россия). Показано, что с учетом новой для ОАО «Интеграл» комплементарной биполярной СВЧ-технологии, карманы головных транзисторов pnp-типа необходимо окружать охранными кольцами во избежание тиристорных эффектов. Введение охранных колец позволяет изготавливать многоканальные ИМС усилителей с низкоомным входом, обеспечивающие высокую устойчивость к высоковольтному пробою в недоступных для замены плат электроники частях мюонной системы.

- Разработан алгоритм калибровки энергии адронных струй методом прямого баланса поперечных импульсов Z-бозона и лидирующей струи. Получены калибровочные коэффициенты энергии адронных струй, реконструированных оффлайн в детекторе АТЛАС при протон-протонных столкновениях с энергией 13 ТэВ. Разработаны методы калибровки энергий адронных струй, реконструированных онлайн в триггере высшего уровня.

- Построен Монте-Карло генератор для симуляции процесса рождения дополнительного фотона как фонового к реакции Бете-Гайтлера и его интерференции с глубоко-виртуальным комптоновским рассеянием в лидирующем приближении.

- Проведен анализ статистических характеристик лазерных сигналов обратного рассеяния и влияния квантовых шумов на характеристики обнаружения различных оптических неоднородностей и объектов в токовом, многофотонном и однофотонном режимах. Разработана структурно-операторная модель широкодиапазонногофотодетектирования лазерных сигналов в токовом и многофотонно-однофотонном режимах с адаптивной регулировкой чувствительности и автоматической коммутацией фотодетекторных каналов. Разработан метод адаптивного обнаружения малоразмерных объектов с низкой отражающей способностью (менее 1%) для обнаружения сверхмалых аэрозольных образований и малоразмерных объектов. На основе критерия Неймана-Пирсона проведено математическое моделирование обнаружительной способности метода. Показано повышение чувствительности и достоверности обнаружения малоразмерных слабоконтрастных объектов на 200 – 300% по сравнению с традиционными методами.

- Разработаны и переданы в опытную эксплуатацию макеты модуля контроля (надзора) за обеспечением безопасности при сооружении и вводе в эксплуатацию Белорусской АЭС и модуля контроля (надзора) за радиационной безопасностью источников ионизирующего излучения. Данная работа важна для организации системы информационной поддержки Госатомнадзора, упрощения создания, ускорения получения и повышения сохранности информации и данных по контролю (надзору) в области ядерной и радиационной безопасности.

- Разработаны модели и создана библиотека констант для отражателя и отдельных тепловыделяющих сборок с помощью Монте-Карло кода Serpent для реактора ВВЭР-1200 Белорусской АЭС для проведения детерминистического анализа безопасности. Выполненный анализ проектной аварии "Выброс одного органа регулирования системы управления и защиты" показывает безопасное протекание данной аварии (отсутствие плавления топлива и повреждения оболочек твэлов) для Белорусской АЭС.

- Разработана архитектура Интеллектуальной информационной системы сотрудника Госатомнадзора Республики Беларусь для обеспечения контроля (надзора) в области ядерной и радиационной безопасности. Продемонстрирована возможность, созданы все предпосылки, включая разработку технического задания, для начала программной реализации Модуля учета и контроля ядерных материалов, радиоактивных отходов и отработавшего ядерного топлива в рамках данной Интеллектуальной информационной системы.

- Проведен анализ электродинамики и конструкции коаксиальных СВЧ резонаторов. Разработаны научно-технических принципы согласования сверхпроводящих четвертьволновых коаксиальных резонаторов на частоту 162 МГц при комнатной температуре и температуре 4,2 К. Выполнен расчет устройства связи четвертьволнового коаксиального резонатора. Разработано техническое задание на устройство связи четвертьволнового коаксиального резонатора.

- Разработаны и испытаны прототипы электроники системы низковольтного питания и медленного контроля субдетектора «время – проекционная камера» (TPC) установки MPD (ОИЯИ, РФ); отработана конструкция и технологии изготовления считывающего электрода TPC; разработаны конструктивные элементы и технологическая оснастка (сборка) установки MPD.

- Проведено моделирование характеристик чувствительности нейтронных детекторов, содержащих литий, гадолиний, бериллий. Установлено, что для гадолиний-содержащих детекторов, где поглощение нейтронов сопровождается испусканием гамма-квантов, предпочтительна регистрация нейтронов по наиболее интенсивным мягким группам линий гамма-излучения с энергиями 80 и 190 кэВ. Разработан экспериментальный образец детектора тепловых и надтепловых нейтронов с повышенной загрузочной способностью на основе активированного церием галлий-алюмо-гадолиниевого граната Gd₃Al₂Ga₃O₁₂ (GAGG:Ce).

- Выполнены исследования эффективности применения СВЧ излучения для термообработки диэлектрических материалов. Рассмотрен механизм взаимодействия микроволнового излучения с диэлектрическими средами.

- Выполнен расчет многомодовых высокодобротных резонансных преобразователей, работающих в условиях сильных электрических и магнитных полей. Выполнен комплекс исследований физико-химических характеристик трансформаторного масла методами микроволновой  диэлектрометрии и влагометрии.

- Выполнено экспериментальное исследование резонансных характеристик сформированных нанокомпозитов в частотной области от 1 до 78 ГГц.

- Выполнен расчет оптимального возбуждения многомодовой резонансной СВЧ системы; разработан и изготовлен макет оборудования многомодовой резонансной идентификации и контроля материалов.

- Исследованы особенности воздействия электромагнитного излучения мм диапазона длин волн на модельные биологические объекты. Определен характер и степень влияния электромагнитного излучения мм диапазона длин волн на клеточные структуры. Выполнены исследования эффектов и постэффектов действия электромагнитного излучения мм диапазона длин волн на отдельные биообъекты в модельных условиях.

- Проведен анализ статистических характеристик лазерных сигналов обратного рассеяния и влияния квантовых шумов на характеристики обнаружения различных оптических неоднородностей и объектов в токовом, многофотонном и однофотонном режимах. Разработана структурно-операторная модель широкодиапазонного фотодетектирования лазерных сигналов в токовом и многофотонно-однофотонном режимах с адаптивной регулировкой чувствительности и автоматической коммутацией фотодетекторных каналов. Разработан метод адаптивного обнаружения малоразмерных объектов с низкой отражающей способностью (менее 1%) для обнаружения сверхмалых аэрозольных образований и малоразмерных объектов. Проведено математическое моделирование обнаружительной способности метода. Показано повышение чувствительности и достоверности обнаружения малоразмерных слабоконтрастных объектов на 200 – 300% по сравнению с традиционными методами.

-Разработаны и переданы в опытную эксплуатацию макеты модуля контроля (надзора) за обеспечением безопасности при сооружении и вводе в эксплуатацию Белорусской АЭС и модуля контроля (надзора) за радиационной безопасностью источников ионизирующего излучения.

- Разработаны модели и рассчитана библиотека констант для отражателя и отдельных тепловыделяющих сборок с программы Serpent для реактора ВВЭР-1200 Белорусской АЭС. Выполненный анализ проектной аварии "Выброс одного органа регулирования системы управления и защиты" показывает безопасное протекание данной аварии (отсутствие плавления топлива и повреждения оболочек твэлов) для Белорусской АЭС.

- Проведен анализ электродинамики и конструкции коаксиальных СВЧ резонаторов. Разработаны научно-технические принципы согласования сверхпроводящих четвертьволновых коаксиальных резонаторов на частоту 162 МГц при комнатной температуре и температуре 4,2 К. Выполнен расчет устройства связи четвертьволнового коаксиального резонатора.

- Разработаны и испытаны прототипы электроники системы низковольтного питания и медленного контроля субдетектора «время – проекционная камера» (TPC) установки MPD (ОИЯИ, РФ); отработана конструкция и технология изготовления считывающего электрода TPC; разработаны конструктивные элементы и технологическая оснастка (сборка) установки MPD.