ИСТИНА

Работа ориентирована на исследование закономерностей физики взаимодействия ускоренных ионов с атомно-молекулярными системами,развитие методов ионно-пучковых методов диагностики и модификации перспективных материалов.

The work is oriented on investigation of physics of interaction of accelerated ions with atomic-molecular systems, on development of methods of ion-beam diagnostics and modifications of advanced materials.

Планируется дальнейшее развитие методов прогнозирования сбоев в бортовой РЭА под воздействием космических лучей на элементы; разработку методов расчета потерь энергии ионов в процессах перезарядки и анализ их вклада в неупругие потери энергии для разных ионов;исследование зависимости толщины мишени, которая необходима для формирования равновесного зарядового распределения от энергии и заряда ядра иона; модификацию алгоритмов компьютерного моделирования нано-рельефа поверхности для расчетов коэффициента распыления и угловых распределений выбитых части;исследование закономерностей структурно-морфологических изменений поверхностей углеродных материалов при высокодозном облучении тяжелыми ионами в зависимости от энергии ионов и температуры.

Коллектив обладает высоким профессионализмом и аавторитетом ы области физики взаимодействий в ион-атомных системах. Коллектив располагает современной базой ускорителей на энергии ионов до 2,5 МэВ, современным ионным имплантатором ионов любых типов до энергии 500 кэВ. На базе ОФАЯ НИИЯФ МГУ проводятся ежегодные международные Тулиновские конференции по физике взаимодействий излучений с веществом, привлекающие исследователей со всей страны и из ряда стран зарубежья.

Предложен метод расчета толщины мишени, необходимой для формирования равновесного распределения зарядов быстрых многозарядных ионов. Описание равновесных и неравновесных процессов перезарядки ионов при их прохождении через твердую мишень проведено с учетом “эффекта плотности”. Зарядовое распределение ионов считалось установившимся, когда средний заряд и ширина распределения достигают своих равновесных значений. Показано, что последовательность формирования равновесного распределения зарядов зависит от разности начального q0 и равновесного зарядов иона. Установлено, что равновесная толщина углеродной мишени для быстрых ионов азота и неона минимальна в том случае, когда q0 близок к равновесному заряду. Показано, что в области энергии ионов E ≥ 0.1 МэВ/нуклон равновесная толщина мишени увеличивается с увеличением Е и заряда ядра ионов, и для ионов неона равновесная толщина углеродной мишени в 1,5 - 2 раза больше, чем для ионов азота. Установлено, что потери энергии ионов с ядерными зарядами Z = 5–10 в процессе перезарядки при E ≤ 3 МэВ/нуклон влияют на неупругие потери энергии. Вклад процесса перезарядки для некоторых ионов достигает 15% в области энергии от 30 до 100 кэВ/нуклон. При замене газовой мишени на твердую потери энергии иона от процесса перезарядки уменьшаются., что объясняется изменением баланса между процессами потери и захвата электрона ионом. Проведен анализ изменения величины пробегов ионов в зависимости от скорости, заряда ядра и массы ионов He, Li, Be, B, C в газах и в ядерной фотоэмульсии НИКФИ-Я2. Результаты расчетов сравнивались с экспериментальными данными и данными вычислений с использованием программы SRIM-2013. Показано, что в области скоростей ионов (5-12)108 м/с необходимо учитывать отличие среднего заряда ионов от заряда ядра. Это влияет на величину потери энергии и пробегов ионов. Использование среднего заряда иона при расчетах пробегов ионов позволило получить универсальное соотношение между пробегами различных ионов в области малых и средних энергий. Экспериментально исследованы изменения распыления, структуры, морфологии, удельной поверхности и прочности углеродных полиакрилонитрильных волокон при высокодозной обработке ионами Ne+ и Ar+ энергии 30 кэВ в диапазоне температур от комнатной до 400оС. Найдено, что при кардинально различной ионно-индуцированной морфологии и значительном увеличении их удельной поверхности, прочность волокон при ионном облучении практически не изменяется. Проведены структурно-морфологические исследования, измерения слоевого и оценки удельного электросопротивления проводящего поверхностного слоя, образующегося при высокодозном облучении грани (111) синтетического алмаза ионами Ar+ энергии 30 кэВ и температуре мишени 400оС. Найдено, что толщина модифицированного слоя составляет 40-50 нм, его слоевое сопротивление 0.5 кОм/квадрат. Удельное электросопротивление модифицированного слоя (20-25 Ом·м) приходится на диапазон значений  графитовых и стеклоуглеродных материалов. Методом компьютерного моделирования проведен расчет распыления гофрированной поверхности аморфного графита ионами Ar с энергией 30 кэВ при различных углах падения ионов с учетом экспериментальных значений углов наклона микрограней гофров. Получены абсолютные значения коэффициентов распыления и отражения, а также пространственные распределения эмитированных частиц. Моделирование позволило объяснить сильное подавление распыления, наблюдавшееся экспериментально при высокодозном облучении пиролитического графита, и предсказать немонотонное поведение коэффициента распыления, связанное с эффектами затенения при рассеянии бомбардирующих частиц гофрированной поверхностью. Предложен и теоретически обоснован оригинальный метод развертки (стрикинг) фемтосекундных импульсов излучения рентгеновских лазеров на свободных электронах (РЛСЭ) с помощью вращающегося терагерцового (ТГЦ) электромагнитного поля. В результате теоретического изучения фотоионизации атомов при совместном действии импульсов РЛСЭ и циркулярного ТГЦ генератора обнаружено новое явление резкого увеличения двойного дифференциального сечения ионизации в плоскости перпендикулярной направлению распространения РЛСЭ и ТГЦ импульсов. Возникающая при этом интерференционная картина в распределении фотоэлектронов может быть использована для изучения вариаций амплитуды и фазы фемтосекундного излучения РЛСЭ при регистрации единичных импульсов фотоэлектронов. Проведен теоретический анализ эксперимента, в котором атомы облучались синхронными импульсами ВУФ и инфракрасного линейно поляризованного излучения. Исследовалась зависимость спектра фотоэлектронов от угла между направлениями поляризации обоих пучков. Анализ проведен на основе развитой нами ранее теории взаимодействия атомов с двуцветными импульсами. Результаты анализа хорошо согласуются с экспериментом. Методом имплантации ионами Zn с последующим отжигом в кислороде синтезированы наночастицы окиси цинка в сапфире. Методом РОР исследована вариация профилей Zn при отжиге в кислороде. Исследовано формирование наночастиц Zn и окиси цинка ZnO в кремнии методом горячей имплантации с последующим отжигом в окислительной среде. Отжиг дефектов и изменение профилей цинка при термической обработке было исследовано методом РОР. В структурах SiO2/Si был исследован синтез наночастиц ZnO методом совместной имплантации ионами цинка и кислорода. Изменение профилей имплантов – цинка и кислорода – при термической обработке в нейтральной среде азота было исследовано методом РОР. Было исследовано модификация поверхности кварца, имплантированного цинком, под влиянием облучения быстрыми ионами Xe. Методом РОР исследовано изменение профиля имплантированного цинка после облучения Xe. Были проведены многочисленные эксперименты по облучению высокотемпературной импульсной плотной плазмы конструкционных материалов (Ni, Nb, V, Ta, W, Ti, Zr, сплав MoRe) на установке плазменный фокус ПФ-4 (ФИАН). Сборки образцов представляли из себя стопки из фольг различной толщины от 90 до 330 мкм. Было обнаружено сверхглубокое проникновение и перераспределение водорода и дейтерия в фольги на глубины, значительно превышающие проективные пробеги водорода и дейтерия в таких материалах. Обнаруженный эффект сверхглубокого проникновения связывается с воздействием на облученные материалы ударных волн и ускоренной диффузией под действием внешней силы. Проведены экспериментальные исследования по изучению возможности транспортировки пучков ускоренных протонов через искривленные капилляры. С этой целью создан рабочий участок на установке КГ-500, включающий в себя систему управления треком, систему регистрации и измерения энергии пучка после прохождения через искривленный капилляр диаметром 3 мм. Получены предварительные результаты, указывающие на принципиальную возможность изменения направления распространения пучков с помощью искривленных капилляров на угол до 360о. Измерены коэффициенты трансмиссии и энергетические спектры электронов с энергией от 10 кэВ до 20 кэВ после прохождения изогнутых стеклянных и полиуретановых трубок и спектры рентгеновского излучения, генерируемого этими электронами на выходе из трубки. Показано, что спектральное распределение электронов на выходе изогнутой трубки существенно расширяется с увеличением угла поворота пучка, а максимумы спектральных кривых при этом сдвигаются в сторону меньших энергий. Все это однозначно указывает на то, что электроны теряют энергию в процессе прохождения в канале изогнутой трубки в результате неупругих столкновений со стенками. Так как распределение электронов по энергиям существенно меняется в процессе их прохождения по диэлектрическим трубкам, то токовый коэффициент трансмиссии не отражает всех особенностей этого процесса. Эти исследования важны для понимания процессов зарядки диэлектриков ускоренными заряженными частицами.