Витоки ядерних досліджень в Україні сягають ще у довоєнні роки, коли в Фізико-технічному інституті в Харкові у 1932 р. була здійснена перша в СРСР реакція розщеплення ядер літію та групою вчених під керівництвом О. І. Лейпунського були досягнуті визначні успіхи у вирішенні умов здійснення ланцюгової реакції поділу ядер урану та оцінена енергія, яка при цьому виділяється.
Цей напрям досліджень було продовжено в Інституті фізики АН України, де ще у 1944 році був створений відділ для вирішенням ряду питань ядерної фізики та використання атомної енергії. Для виконання накреслених робіт послідовно було введено в дію: у 1956 р. циклотрон У-120, в 1960 р. дослідницький реактор ВВР-М і в 1964 р. електростатичний генератор ЕГП-5. На цих установках були одержані важливі результати, що підтвердили актуальність вивчення ядерних процесів.
Потреби в розвитку ядерно-фізичних досліджень невпинно зростали, що і обумовило необхідність комплексного вирішення ряду пов´язаних з цим проблем. Для цього 26 березня 1970 року Президія АН УРСР на виконання відповідної постанови Ради Міністрів УРСР прийняла постанову №105 про створення Інституту ядерних досліджень (ІЯД) Академії наук УРСР на базі ряду ядерних відділів Інституту фізики АН УРСР. Основними напрямками робіт ІЯД були визначені фундаментальні та прикладні дослідження з ядерної фізики низьких і середніх енергій, фізики реакторів, перспективних проблем атомної енергетики та дослідження з використання ізотопів і ядерних випромінювань у народному господарстві.
Ініціатором створення ІЯД та першим його директором став академік АН України М. В. Пасічник. У подальшому інститут очолювали академік АН України О. Ф. Німець (1974-1983 роки). З середини 1983 року інститут очолює його нинішній директор академік Національної академії наук України Іван Миколайович Вишневський.
В перші роки свого існування ІЯД складався з відділів ядерної фізики, ядерних реакцій, теорії ядра, ядерної спектроскопії, ядерної електроніки, радіаційної фізики та філіалу Ужгородського відділення у складі відділу фотоядерних процесів. Експериментальні роботи забезпечувалися сучасними ядерно-фізичними установками, головними з яких були дослідницький реактор ВВР-М та захисні бокси "гарячі камери" для роботи з високоактивними матеріалами, циклотрон У-120, тандем-генератор ЕГП-10К та нейтронні генератори. В 1975 році було введено у дію ізохронний циклотрон У-240, який у той час не мав аналогів у Європі.
Протягом 70 - 80-х років викреслилися головні напрямки фундаментальних та прикладних робіт інституту: ядерна фізика середніх та низьких енергій, атомна енергетика, радіаційна фізика твердого тіла та радіаційне матеріалознавство, фізика плазми. Поступово збільшувалась чисельність наукових підрозділів інституту та розширювались обсяг і тематика їх роботи. З 1985 р. діє Центр екологічних проблем атомної енергетики НАНУ.
Експериментальні роботи в ІЯД включають в себе комплексне вивчення взаємодії нейтронів, протонів, дейтронів, альфа-частинок та важчих ядер з ядрами майже всіх елементів періодичної системи.
Основні результати фундаментальних досліджень.
Серед найвагоміших результатів Інституту слід відзначити дослідження з нейтронної фізики, з яких і почалися перші роботи з ядерної фізики в ІФ АН УРСР у 1944 р. В створеній академіком НАНУ М. В. Пасічником науковій школі експериментально визначено перерізи взаємодії нейтронів з великою кількістю різних елементів, що дало змогу створити банк даних нейтронних констант для конструкційних матеріалів ядерних реакторів. Було виявлено оболонкові ефекти при розсіянні нейтронів ядрами (акад. НАНУ М. В. Пасічник) і визначено відносні вклади прямого і компаундного механізмів в перерізи пружного та непружного розсіяння нейтронів ядрами в широкій області енергій (І. О. Корж). Встановлено оболонкові та ізотопні ефекти при високих енергіях збудження ядер (В. П. Вертебний). Досліджено низькоенергетичні збудження в різних станах конденсованого середовища та отримано інформацію про фізичні властивості речовини, що визначаються динамікою електронів, атомів та молекул (В. І. Слісенко). Запропоновано й обгрунтовано варіант узагальненої оптичної моделі з переважним поглинанням в однофононних каналах (М. Б. Федоров) та розроблено модель розсіяння нуклонів на деформованих м´яких ядрах (І. Є. Кашуба). Завдяки наявності в Інституті унікального зібрання нейтронних інтерференційних фільтрів здійснюється масштабна міжнародна програма дослідження взаємодії квазімоноенергетичних нейтронів (в діапазоні енергій від теплових до сотень кеВ) з атомними ядрами. Отримано значення перерізів резонансних реакцій, важливих для розрахунків в ядерній енергетиці (А. В. Мурзін, О. О. Грицай).
Під керівництвом академіка НАН України О. Ф. Німця створено наукові відділи, в яких розвиваються дослідження ядерних реакцій. Одним з яскравих досягнень наукової школи, яку заснував О. Ф. Німець, є експериментальне встановлення (М. В. Соколов, Б. Г. Стружко) та теоретичне обґрунтування (К. О. Теренецький, М. В. Євланов) немонотонної залежності перерізів розщеплення дейтрона від маси ядер. Цей результат одержав назву ефекта Німця. Принципове значення має також встановлений в багаточастинкових реакціях вплив супутніх частинок на параметри двочастинкових резонансів, що визначаются в багаточастикових реакціях (В. М. Пугач, Ю. М. Павленко), дослідження поділу атомних ядер, утворених в реакціях з зарядженими частинками (М. І. Заїка, О. М. Ясногородський, Ю. В. Кібкало), дослідження структури легких ядер та механізмів ядерних процесів при взаємодії важких іонів з легкими ядрами (А. Т. Рудчик), результати вимірювань на пучках прискорювачів повних перерізів реакцій (Л. І. Слюсаренко) та магнітних моментів ядер, що дало можливість підтвердити явище суперсиметрії в ядрах та виявити аномалію орбітального магнетизму нуклонів (О. І. Левон).
Світове визнання одержали теоретичні роботи з фізики атомного ядра чл.-кор. НАНУ В. М. Струтинського та послідовників його школи. Його метод оболонкових поправок для розрахунків енергії зв´язку та деформації ядер мав значний вплив на розвиток теорії ядра і дав змогу провести кількісні розрахунки мас та стабільності ядер, багатьох властивостей процесу поділу ядер, передбачити існування надважких ядер. Цикл робіт В. М. Струтинського "Явище формування сильно деформованих важких атомних ядер у квазістаціонарному стані" був зареєстрований у 1978 році Державним комітетом СРСР як відкриття. Наразі проводяться теоретичні дослідження складних ядерних процесів, таких як поділ атомних ядер, зіткнення важких іонів, збудження гігантських резонансів; розроблено метод врахування взаємодії нуклонів ядра шляхом обчислень обмеженої кількості колективних макроскопічних змінних (параметри форми ядра, ядерна густина, ядерне тертя, в´язкість ядерної густини) (чл.-кор. НАН України В. М. Коломієць); показано, що оболонкова або зонна структура спектру ядер є загальною властивістю скінчених Фермі-систем (О. Г. Магнер); проаналізовано класичні та квантово-механічні аспекти реакцій з важкими іонами, зроблено значний внесок в розвиток теорії колективного руху з великою амплітудою та скінченою швидкістю в атомних ядрах (В. І. Абросімов, Ф. О. Іванюк). Досліджена еволюція тунелювання частинок крізь подвійні бар´єри і пояснені експерименти з тунелювання нейтронів крізь нейтронні фільтри та з гальмівного випромінювання фотонів в процесах альфа-розпаду сферичних ядер (В. С. Ольховский).
Значні успіхи досягнуто в галузі ядерної спектроскопії. Започаткував цей напрям чл.-кор. АН УРСР Г. Д. Латишев, збудувавши магнітний бета-спектрометр з характеристиками кращих в світі спектрометрів. На ньому одержано великий масив прецизійних даних щодо коефіцієнтів внутрішньої конверсії, мультипольностей гамма-переходів, виявлено різного роду аномалії в ядерних процесах. Інтенсивний розвиток гамма-спектроскопії в дослідженнях радіоактивного розпаду та на пучках заряджених частинок привів до виявлення в структурі атомних ядер багатьох нових збуджених станів, одержано нові дані про структуру ядер, відкрито нове явище - збудження ядер при анігіляції позитронів з електронами атома (акад. НАН України І. М. Вишневський). Досліджена динаміка перебудови оболонки атома в процесі радіоактивного розпаду, виявлено зміщення конверсійних та Оже-ліній при іонізації атома. Пояснена природа емісії низькоенергетичних електронів (≤ 1 еВ) з поверхні радіоактивних джерел (О. І. Феоктистов, В. Т. Купряшкін).
З метою дослідження властивостей нейтрино та слабкої взаємодії елементарних частинок у процесах подвійного бета-розпаду атомних ядер створено Солотвинську підземну лабораторію, розташовану в соляній шахті (Закарпатська обл.), та унікальні надчутливі низькофонові експериментальні установки. Отримано цілу низку пріоритетних результатів по пошуку 2β-розпаду ізотопів кадмію, вольфраму та інших рідкісних розпадів (чл.-кор. НАН України Ю. Г. Здесенко).
Роботи Інституту в галузі ядерної енергетики спрямовано на розробку та вирішення науково-технічних проблем безпечної експлуатації атомних електростанцій та фізичних проблем термоядерного синтезу, зокрема, розроблено унікальну методику вимірювання параметрів ядерної безпеки об'єктів ядерної енергетики, яка реалізована на об´єкті "Укриття" (В. М. Павлович); в "гарячих камерах" систематично виконуються дослідження фізико-механічних властивостей металу "зразків-свіків", виготовлених з того ж матеріалу, що й корпус реактора (чл.-кор. НАН України Е.У. Гринік); розроблені також сучасні методики моніторування радіаційного навантаження корпусів реакторів типу ВВЕР-1000 та дозиметрії опромінених зразків-свідків (В.М. Буканов), які дозволяють отримувати інформацію, необхідну для визначення експлуатаційного ресурсу корпуса реактора, а також для прийняття науково обґрунтованих рішень щодо можливості продовження терміну його експлуатації.
В галузі радіаційної фізики розвинуто теорію впливу ядерного опромінення на властивості металів, сплавів, напівпровідників, рідких кристалів. Досліджено особливості утворення конденсованої фази екситонів в двовимірній системі. Розвинуто теорію явищ самоорганізації, а саме, утворення періодичних структур, автоколивань та виникнення надпровідних областей в кристалах при ядерному опроміненні (чл.-кор. НАН України В. Й. Сугаков). Виконано дослідження властивостей легованого нейтронами кремнію і на їх основі виготовлено різного типу напівпровідникові детектори ядерного випромінювання та проведено комплекс робіт по моделюванню нейтронних пошкоджень в напівпровідникових матеріалах, опромінених зарядженими частинками середніх енергій, виявлено ряд цікавих фізичних ефектів: флуктуації провідності з ростом дози опромінення, надпровідність InAs, індукована опроміненням, гістерезис магнітоопору в InSb<Mn> (П. Г. Литовченко).
Роботи в галузі фізики плазми та керованого термоядерного синтезу почалися в ІЯД під керівництвом В. М. Ораєвського (теорія) - автора офіційно зареєстрованого в СРСР відкриття розпадної нестійкості хвиль у плазмі (спільно з Р. З. Сагдєєвим) - та Л. Л. Пасічника (експеримент).
Було досліджено широке коло колективних процесів взаємодії електромагнітних хвиль і потоків заряджених частинок з плазмою. Теоретично знайдено нові типи солітонів та інших нелінійних структур та вивчено закономірності їх еволюції (Т. О. Давидова); розвинуто теорію поглинання ВЧ потужності в геліконній плазмі (К. П. Шамрай); виявлено нові механізми трансформації та розсіяння плазмових хвиль (В. М. Павленко). Експериментально установлено властивості дрейфово-дисипативної нестійкості (Л. Л. Пасічник); досліджено фізичні явища в плазмі з електронними й іонними пучками та у ВЧ джерелах плазми (Г. С. Кириченко); вивчено фізичні процеси у вакуумно-дуговому розряді (В. А. Саєнко). Відкрито теоретично та підтверджено експериментально просвітлення плазмових хвильових бар'єрів (В. М. Ораєвський, Л. І. Романюк та ін. - Державна премія України, 1979 р.). На основі фундаментальних досліджень створено фізико-технічні основи та розроблено пристрої плазмових технологій.
Теоретично відкрито клас нестійкостей термоядерної плазми, які збуджуються продуктами термоядерної реакції (Я. І. Колесниченко, В. М. Ораєвський). Передбачено існування критичної енергії іонів у магнітогідродинамічно активній плазмі токамаків, що було згодом підтверджено експериментально в США та ЄС. Цикл робіт з цієї тематики удостоєний премії НАНУ ім. К. Д. Синельникова (Я. І. Колесниченко, В. В. Луценко, Ю. В. Яковенко, 2003 р.)
Розвинено теорію альфвенівських нестійкостей плазми в тороїдальних системах. Відкрито нові типи коливань та резонансів частинка-хвиля, обумовлених відсутністю аксіальної симетрії у стелараторах. Знайдено новий класичний механізм стохастичної дифузії енергійних іонів у стелараторах та механізм аномальної теплопровідності плазми, який може мати місце також у космічній плазмі, що дозволило дати пояснення експериментальним спостереженням на стелараторах (Я. І. Колесниченко, В. В. Луценко, В. С. Марченко, Ю. В. Яковенко). Розроблено фоккер-планківську модель транспорту енергійних іонів у токамаках, яка використовується у прогнозних обчисленнях міжнародного реактора ГTЕR. (В. О. Яворський, В. Я. Голобородько, С. М. Рєзнік).
Розроблено методи збору, накопичення та аналізу даних ядерно-фізичних експериментів, пристрої ядерної електроніки, спеціалізоване програмне забезпечення та створені автоматизовані вимірювальні системи нового покоління на основі сучасної мікроелектроніки, універсальних комп'ютерів та інформаційних технологій (А. П. Войтер).
Аварія на ЧАЕС та її наслідки гостро поставили проблему радіоекології. Це питання набуло першочергового значення у контексті сталого розвитку держави, яка використовує ядерні матеріали і радіаційні технології.
Основні дослідження інституту в цій галузі пов´язані із вивченням впливу підприємств ядерного паливного циклу (зокрема АЕС України) на екологічні системи та людину. Для цього здійснюється контроль активності альфа-, бета-, і гамма-випромінюючих радіонуклідів у компонентах навколишнього середовища, розраховуються дозові навантаження на людину, що формуються за рахунок інгаляційного та перорального надходження до організму, вивчається радіоекологічний стан територій, що зазнали забруднення внаслідок аварії на Чорнобильській АЕС, та навколо працюючих АЕС України (В. В. Тришин).
Крім цього, приділяється значна увага вивченню дії іонізуючого випромінювання на організм тварин і людей. Це здійснюється як в модельних експериментах на лабораторних щурах, так і при обстеженні контингентів людей, які мають контакти з радіаційними чинниками, досліджується також вплив довготривалого опромінення в малих дозах на генетичний матеріал та структуру мембран клітин крові (Л.К. Бездробна).
Прикладні розробки.
Поряд з фундаментальними роботами в ІЯД завжди велика увага приділяється впровадженню результатів досліджень у виробничу сферу. Розроблено і використовуються технології, методики та експериментальні установки для робіт з радіаційного матеріалознавства, радіоелементного аналізу, ядерної медицини, плазмових технологій, контролю радіоактивного забруднення навколишнього середовища та інші.
Інститутом виконуються поточні регламентні роботи по визначенню ресурсу конструкційних матеріалів діючих енергетичних реакторів за замовленнями АЕС України, проводяться дослідження по визначенню впливу радіаційних навантажень на фізичні властивості конструкційних матеріалів ядерних реакторів, ведуться роботи по відбору нових перспективних конструкційних матеріалів для ядерного реакторобудування, розробляються та виготовляються напівпровідникові детектори, впроваджуються у виробництво методи підвищення радіаційної стійкості матеріалів та радіаційні технології для збільшення строків зберігання деяких видів харчової, медичної та сільськогосподарської продукції.
Використовуючи напрацювання з фізики плазми, розроблено методику для деструкції без утворення пилу та знезараження матеріалів та речовин, забруднених радіоактивними та біологічно активними домішками, ряд плазмових технологій осадження і травлення матеріалів, створено універсальний іонізатор парів матеріалів для нанесення плівок та захисних покриттів у мікроелектроніці.
Започатковані в інституті медико-біологічні дослідження з терапії онкозахворювань нейтронним опроміненням доведені до практичного застосування при лікуванні хворих. Спільно з медичними установами України проводиться робота по отриманню радіофармпрепаратів на ядерно-фізичних установках ІЯД.
Для підвищення безпеки ядерних установок співробітниками інституту розроблена автоматизована система контролю енерговиділення атомних енергетичних та дослідницьких реакторів, яка дозволяє надійно контролювати ці процеси.
Після Чорнобильської аварії співробітники Інституту були в числі перших, хто взяв активну участь у ліквідації її наслідків. Ними було виміряно радіоактивність сотень тисяч зразків ґрунту, води, рослинності та інших об´єктів навколишнього середовища з метою оцінки рівня радіоактивного забруднення довкілля в різних регіонах України, розроблено і виготовлено численні прилади для контролю за міграцією радіонуклідів у навколишньому середовищі та за станом паливовміщуючих мас об´єкту "Укриття", що в значній мірі сприяло пом’якшенню наслідків Чорнобильської катастрофи.
Науково-організаційна робота.
Координація наукової діяльності в ІЯД здійснюється через Вчену раду, секції Вченої ради та Раду молодих вчених.
В Інституті функціонує спеціалізована вчена рада Д 26.167.01 для розгляду та проведення захисту дисертацій на здобуття наукового ступеня доктора (кандидата) фізико-математичних та доктора (кандидата) технічних наук за спеціальністю 01.04.16 - фізика ядра, елементарних частинок і високих енергій та за спеціальністю 05.14.14 - теплові та ядерні енергоустановки.
Щорічно в ІЯД навчається близько 25 аспірантів зі спеціальностей: фізика ядра та елементарних частинок, фізика твердого тіла, фізика плазми, ядерні енергетичні установки.
Вчені інституту внесли вагомий внесок у світову скарбницю знань. Ряд наукових досліджень ІЯД відзначено Міжнародними преміями, Державними преміями України та Преміями Президії НАН України імені видатних вчених. В ІЯД щорічно проводяться наукові конференції, організуються наукові школи з актуальних питань ядерної фізики та фізики плазми, налагоджено регулярний випуск журналу "Ядерна фізика та атомна енергетика", та виходять з друку щороку понад 300 статей та кілька монографій науковців. На базі інституту проводяться семінари та школи для учасників міжнародних проектів, у яких ІЯД бере участь: HERA-B (DESY, Німеччина); LHCb (CERN, Швейцарія) та ін.
На базі інституту створені Український центр інформації з ядерної науки і техніки, Сектор ядерних даних та Навчальний центр з фізичного захисту, обліку та контролю ядерного матеріалу.
Український центр інформації з ядерної науки і техніки INIS - провідна інформаційна система в галузі мирного використання атомної енергії - створена в 1973 р. і використовується МАГАТЕ в співробітництві з 103 державами і 19 міжнародними організаціями з метою точного і повного інформування користувачів про новітні світові наукові досягнення.
Український центр ядерних даних (УКРЦЯД) створено як підрозділ ІЯД у 1996 р., з травня 1998 р. він входить до мережі центрів ядерних даних, що працюють під егідою МАГАТЕ. Основні напрями наукової діяльності УКРЦЯД включають компіляцію експериментальних ядерних даних, що отримані в Україні, в міжнародну систему CSISRS (EXFOR) та забезпечення ядерно-фізичними константами українських користувачів для вирішення наукових та технологічних задач.
Навчальний центр з фізичного захисту, обліку та контролю ядерного матеріалу імені Джорджа Кузмича був створений 17 березня 1997 р. у відповідності до "Угоди між Україною та США про надання допомоги Україні в знищенні стратегічного ядерного озброєння, а також запобігання розповсюдження ядерної зброї масового знищення" від 25 жовтня 1993 р.
Центром розроблено десятки курсів та проводяться навчання з питань фізичного захисту АЕС, обліку та контролю ядерного матеріалу. В ньому пройшли перепідготовку сотні українських спеціалістів ядерно-енергетичного комплексу України, співробітники АЕС, Державного Комітету ядерного регулювання, МВС, СБУ, державні службовці та співробітники Митної служби.
Міжнародне співробітництво.
В ІЯД приділяється велика увага розвитку міжнародних наукових зв'язків. Співробітники Інституту проводять спільні дослідження з науковими установами Росії, США, Франції, Німеччини, Італії, Австрії, Польщі, Швеції, Нідерландів, Японії та інших країн. Інститут координує участь українських фізиків-ядерників у роботі Об`єднаного інституту ядерних досліджень (Дубна) та підтримує робочі зв`язки з МАГАТЕ. Учені інституту беруть участь у здійсненні ряду міжнародних наукових програм, надають суттєву допомогу в підготовці висококваліфікованих кадрів і спеціалістів для інших країн.
Щорічно більше ста наукових співробітників Інституту виїжджають за кордон з метою виконання наукової роботи, на стажування та для участі у міжнародних наукових заходах. Кожного року приблизно 70 - 80 іноземних учених та фахівців із США, Німеччини, Австрії, Японії, Франції, Республіки Корея та інших країн відвідують інститут.
Особливо плідним є співробітництво вчених інституту з такими центрами: DESY (Гамбург, Німеччина); CERN (Женева, Швейцарія); Інститутом ядерної фізики Макса Планка (Грайфсвальд, Німеччина); Технічним університетом Мюнхена (Німеччина); Інститутом ядерної фізики ім. Г. Нєводнічанського (Краків, Польща); Інститутом ядерних досліджень (Варшава, Польща); Національним Інститутом ядерної фізики Університету Катанії (Італія); Інститутом фізики плазми Макса Планка (Ґархінґ, Німеччина); Лабораторією фізики плазми Принстонського університету (США); Інститутом теоретичної фізики Університету Інсбрука (Австрія); GSI (Дармштадт, Німеччина); Аргонською, Лос-Аламоською та Сандійськими національними лабораторіями США.
Складено доктором фіз.-мат. наук,
провідним науковим співробітником
відділу теорії ядра
Федором Олексійовичем Іванюком
Джерело: сайт ІЯД НАН України
Підготував П. Король
Немає коментарів:
Дописати коментар
Коментарі