atom-scale.itep.ru   контактная информация
Радиационная физика и химия конденсированных сред
Лаборатория Физической химии
     
    Структура отдела
Лаборатория 332
Лаборатория 322
Лаборатория 323
Лаборатория 324
Люди
История отдела
    Наука
Публикации
Образование
    Ссылки
     
     

 

Лаборатория была основана в 1947 г., т.е. на заре создания института. Первыми сотрудниками этой лаборатории (сектор №7), точнее, химической группы, были Варвара Николаевна Бовина, Тамара Николаевна Ершова, Мура Абрамовна Нежевенко и доктор химических наук профессор Борис Вульфович Эршлер, приглашенный дирекцией вновь организующегося института из НИФХИ им. Карпова. В этот период основное направление работ коллектива было связано с проведением химических анализов газовых и жидких проб, отбираемых из каналов тяжеловодного реактора при его пуске и наладочных работах.

В 1948 году в Лабораторию №3, как тогда назывался ИТЭФ, был переведен из Лаборатории №2 (нынешний Курчатовский Институт) коллектив сотрудников, возглавляемый А.А. Корнфельдом. Эта группа в составе Моисея Яковлевича Каца, Вячеслава Константиновича Завойского, Фаины Сергеевны Лаптевой, Романа Лукича Сердюка и Леонида Яковлевича Суворова — специалистов по тяжелой воде — в дальнейшем была присоединена к группе Бориса Вульфовича Эршлера, и весь коллектив образовал сектор №7, который возглавил Б.В. Эршлер.

В 1949 году в коллектив сектора №7 была приглашена опытный радиохимик Мария Поликарповна Аникина, высокий профессионализм которой обеспечивал получение точных результатов проводимых исследований по радиохимии.

Борис Вульфович был бессменным руководителем лаборатории около 20 лет. Необходимо особо особо упомянуть, что личность этого высококвалифицированного специалиста на протяжении всего времени его работы в институте вызывала у всех, кто когда-либо общался с ним, глубочайшее к нему уважение. Даже теперь, когда прошло много лет, в воспоминаниях старых кадровых сотрудников, и в нашей памяти время четко сохранило именно это удивительно неизменное отношение к Б.В. Эршлеру. Высокий ли профессионализм нашего "начальника лаборатории", счастливый ли врожденный дар, удивительная ли способность этого человека проявлять к окружающим совершенно независимо от "ранга" собеседника высочайшую деликатность. Думается, что эта черта характера Б.В. Эршлера объяснялась редким природным даром этого незабываемого и теперь человека.

На первых порах тематика лаборатории определялась той задачей, ради которой и создавался Институт (тогда он скромно назывался "Лаборатория №3"), — разработкой тяжеловодных ядерных реакторов.

В первые же годы после создания Института на его территории активно началcя монтаж экспериментального тяжеловодного ядерного реактора. Результаты будущих экспериментальных исследований на нем были необходимы стране, уже строившей на многих своих территориях реакторы промышленного назначения.

Основным направлением деятельности химической лаборатории была разработка наиболее перспективных методов получения тяжелой воды. Одним из таких методов в тот период был метод двухколонного двухтемпературного концентрирования тяжелой воды, в основе которого лежала теоретическая разработка Л.Д. Ландау “Расчет двухколонной ректификации”. Эта работа Л.Д. Ландау была опубликована только в 1989 г. в виде препринта ИТЭФ. Данный метод был положен в основу проектирования и создания промышленной установки получения тяжелой воды. Одним из авторов проекта был сотрудник химической лаборатории Р.Л.Сердюк. Большой вклад в создание и технологию эксплуатации первой в СССР промышленной установки внесли сотрудники лаборатории М.Я. Кац, В.К. Завойский, Ф.С. Лаптева и Л.Я. Суворов. В лаборатории был детально разработан дифференциальный пикнометрический метод анализа тяжелой воды и экспериментально определены значения коэффициентов распределения дейтерия между газовой и жидкой фазами. для двух значен и й температур.

Кроме того, В.К. Завойским, Р.Л. Сердюком и Ф.Г. Ничипоровым была смонтирована довольно солидная по размерам ректификационная колонна насадочного типа. Упомянутые работы проводились в течение 1950-53 г.г.

Примерно в то же время возникла идея, оформленная вскоре для лаборатории физической химии в виде темы по проектированию кипящего водного гомогенного ядерного реактора. С этого времени работа всех сотрудников лаборатории была сконцентрирована на выполнении данного проекта. Штат лаборатории существенно вырос прежде всего, за счет прихода новых молодых кадров из институтов страны, главным образом из МГУ и МИФИ (тогда Московский Механический Институт). Это были Всеволод Михайлович Бяков, Владимир Николаевич Воробьев, Валентин Михайлович Добров, Галина Георгиевна Мясищева, Нина Ильинична Третьякова и Владимир Григорьевич Фирсов. Стоит отметить, что научная атмосфера как в лаборатории, так и вообще в Институте в эти годы, отличалась большим подъемом, увлеченностью сотрудников, молодых энергичных людей, готовых максимально приложить свои знания и энергию к выполнению новой работы. Поле экспериментальных поисков, проблем, связанных с этой, почти новой для ученых всего мира, темой, казалось почти беспредельным. Справедливости ради надо отметить, что и материальную, и техническую базу для проведения работ по будущему ядерному детищу почти без натяжек тоже можно было назвать беспредельной.

В 1955-56 г.г. пришедшим в лабораторию В.Г.Фирсовым был спроектирован и смонтирован мощный g-источник Co60. Это позволило начать широкие экспериментальные исследования по радиационной химии, связанные с изучением механизма радиолиза воды и водных растворов разных химических соединений под действием как g-излучения на данной установке, так и смешанного нейтронного и g-излучений на тяжеловодном реакторе института. Работы проводились под руководством Б.В.Эршлера. Результаты этих исследований, помимо многочисленных публикаций в научных журналах, были доложены на Менделеевском съезде. По этой же тематике были защищены две кандидатские диссертации — В.М. Бяковым и В.Г. Фирсовым (руководитель Б.В. Эршлер).

Кроме основного направления работ, связанных с тяжеловодным реактором и кипящим гомогенным реактором, проводились работы по определению выходов осколков деления различных химических элементов при делении U233 (например, Sr90) и U235. Было измерено количество атомов, испаряющихся с поверхности делящегося материала, в результате деления одного из них (Б.В. Эршлер, Ф.С. Лаптева). Исследуя каталитическую активность платины, Б.В. Эршлер экспериментально определил долю активных центров на ее поверхности. Результаты этих работ были доложены на Женевской конференции в 1955 году.

В то же время совместно с Л.Л. Гольдиным была выполнена работа по измерению эффективного сечения Th232 для тепловых нейтронов и резонансного интеграла поглощения нейтронов. Эти данные вошли в Международный атлас данных по нейтронной физике.

Результаты интенсивных многоплановых экспериментальных работ лаборатории отражены в докладе, представленном нашей страной на «1-й Женеве» — Женевской конференции по мирному использованию атомной энергии в 1955 году. Доклад имел достойный резонанс, тем более что в нашей отечественной практике это был один из первых выходов наших ученых на мировую арену.

Работы над кипящим гомогенным реактором продолжали расширяться. Из МИФИ и других организаций в лабораторию пришли Виктор Иванович Графутин, Ольга Петровна Степанова, Вячеслав Васильевич Чернышов, Юрий Васильевич Фунтиков, Алла Андреевна Здерко, Геннадий Иванович Савельев, Людмила Наумовна Гейман. В эти же годы в лаборатории работали высококвалифицированные техники, механики и лаборанты: Вера Борисовна Коноплева, Борис Константинович Климов, Александр Павлович Зайцев, Мария Егоровна Андрианова, Александр Павлович Дажин, Александр Федорович Семин, Владимир Петрович Бабайцев. Их самоотверженный труд во многом способствовал научно-техническим достижениям лаборатории.

В.И. Графутиным и Ю.В. Фунтиковым под руководством Л.Я. Суворова была создана модель кипящего гомогенного реактора, работающего за счет внешнего источника нейтронов. На ней были изучены в условиях близких к реальным такие проблемы, как коррозионная стойкость конструкционных материалов, радиационная и термическая стойкость топливных растворов, распределение делящихся материалов между жидкой и паровой фазами. На результаты проведенных работ коллективом авторов Б.В. Эршлер, Л.Я. Суворов, В.И. Графутин, И.Г. Аксенов, Ю.В. Фунтиков в 1966 году получены авторские свидетельства №№ 37563, 40645, 252492. По этой тематике В.И.Графутиным защищена кандидатская диссертация (рук. Б.В. Эршлер, Л.Я. Суворов).

На основе обстоятельных экспериментальных и теоретических проработок, полученных в лаборатории, был изготовлен корпус гомогенного реактора, и на базе в Мелекессе начали возводить здание для его монтажа.

К сожалению, в ту пору было принято решение о продолжении финансирования только тех объектов, где капитальные затраты уже составили более половины от проектной стоимости, и наш гомогенный реактор не попал в этот список.

В начале 60-х годов по инициативе Р.Л. Сердюка в лаборатории был освоен нейтронно-активационный анализ (М.П. Аникина, В.Н. Воробьев, А.А. Здерко, Е.Д. Курцман, Ф.С. Лаптева). Даже в то время при использовании далекой от совершенства измерительной аппаратуры этот метод позволял проводить уникальные аналитические работы для экспериментов, проводимых в ИТЭФ и многочисленных сторонних организациях. Этот быстрый и точный метод поэлементного анализа перестал существовать в ИТЭФ с выводом из эксплуатации реактора ТВР .

Тем не менее, характер работ лаборатории изменился не сразу. Дело в том, что в ходе проведения исследований по проблемам кипящего гомогенного реактора были получены интересные практические результаты по технологии переработки отработанного топлива гетерогенных реакторов. На результаты этих исследований получены авторские свидетельства на изобретения под №№ 23050, 26227, 26228, зарегистрированных в Государственном реестре Союза ССР в 1961 и 1963 г.г., авторским коллективом в составе: М.П. Аникина, Ф.С. Лаптева, Г.Г. Мясищева, М.А. Нежевенко, Н.И. Пирогова (Третьякова), Р.Л.Сердюк, Л.Я. Суворов, В.Г. Фирсов, Б.В. Эршлер.

В эти же годы проводилось много работ по исследованию коррозионной стойкости конструкционных материалов (титан и сплавы на его основе) и воздействия на них n, g и осколочного излучений. Удалось измерить в этих условиях их электрохимические потенциалы. Была решена теоретически и экспериментально проверена задача о распределении коррозионных токов в узлах изделий сложной геометрической конфигурации, например, цилиндр в контакте с плоскостью (в гетерогенном реакторе это кессонная труба, контактирующая с трубной доской). Следует отметить, что эти работы были пионерскими не только у нас, но и за рубежом. Работы проводились В.Н. Воробьевым, В.И. Графутиным под руководством Б.В. Эршлера и Л.Я. Суворова.

Интересные и уникальные результаты были получены и при изучении объемного кипения водных растворов. Дело в том, что процесс кипения в гомогенном реакторе совершенно не похож на процесс кипения, привычный нам в повседневной жизни. В условиях объемного кипения зародыши пузырьков пара образуются непосредственно в объеме жидкости, и это обстоятельство чрезвычайно важно для проектирования и эксплуатации такого рода реакторов. Важной составляющей изучения объемного кипения в гомогенном аппарате являются и вопросы удаления из активной зоны накапливающихся там продуктов радиолиза воды, деления урана, а также и плутония, образующегося при работе реактора. Много исследований проводилось и по изучению стабильности кислых растворов уранилсульфата — составляющей среды реактора - при разных температурах, рН, а также ее роли при извлечении упомянутых продуктов. Результаты исследований объемного кипения обобщены в кандидатской диссертации Е.Д. Курцмана (рук. Б.В. Эршлер, Л.Я. Суворов).

Некоторое, на первый взгляд, подробное перечисление выполненных в лаборатории работ по гомогенному реактору приведено здесь с целью подчеркнуть, что многие из них оказались не только полезными для проектирования упомянутого гомогенного аппарата, но и были использованы в дальнейшем уже в новых исследованиях по новой тематике лаборатории - по переработке ядерного топлива гетерогенных реакторов. Эти исследования были весьма плодотворными для "лаборатории химиков". Они способствовали усовершенствованию технологии переработки отработанного топлива.

Очень плодотворными в лаборатории годами были 1966-67 годы. Примерно с начала 1966 года значительная часть сотрудников "лаборатории химиков" переключилась на решение новой, злободневной и нужной в то время для народного хозяйства страны проблемы получения новых продуктов путем радиационно-химического синтеза. Экспериментально и теоретически изучался синтез этилен- и пропиленгликолей из метанола и этанола соответственно. Продуктом радиолиза водного раствора или чистого метанола под действием ионизирующего излучения является этиленгликоль — важнейший продукт, применяемый во многих отраслях народного хозяйства, и к тому времени являвшийся остродефицитным для страны. Такие исследования проводились на реакторе ИТЭФ в течение двух лет. В результате проведенных работ было получены значительные весовые количества этиленгликоля, разработана технология его очистки, в Институте синтетического волокна (НИИСВ, г. Калинин) из него изготовлен опытный образец лавсана, что подтвердило высокое качество рожденного в ядерном реакторе продукта. (Заметим, что для производства лавсана требуется этиленгликоль самого высокого качества, так называемого качества марки А). Этот результат открывал возможность ликвидации в стране дефицита собственного сырья, иначе говоря, снимало необходимость закупки за рубежом огромных количеств этиленгликоля за валюту.

В ходе выполнения этих работ была разработана методика и экспериментально измерены мощности поглощенных доз раздельно от нейтронного и g-излучений в активной зоне реактора ТВР ИТЭФ. Определено их распределение по высоте и по радиусу активной зоны реактора. Впервые мощности поглощенных доз были измерены не в химическом соединении, а в ряде отдельных элементов, в том числе в водороде, углероде и кислороде, т.е. в элементах, из которых состоит большая часть органических продуктов. В дальнейшем эти данные позволяли расчетным путем легко определять мощности поглощенных доз в различных материалах при облучении их в каналах реактора ИТЭФ (В.И. Графутин, Г.А. Зорикоев, В.Т. Старостин).

К сожалению, подобно многим другим проводившимся у нас прикладным исследованиям, проработка основ технологии радиационно-химического синтеза этиленгликоля и пропиленгликоля на ядерном реакторе из-за разного рода случайностей так и не вышла на стадию опытно-промышленного внедрения, хотя предназначенный для этого ядерный реактор уже "стоял под парами". Значительная часть сотрудников, работавших над этой проблемой, составила "группу радиационно-химических процессов", которая занялась под руководством В.М. Бякова изучением внутритрековых химических реакций. Их усилиями при ускорителе И-2 была создана и смонтирована единственная в мире установка импульсного радиолиза, использовавшая пучок ускоренных до 20 МэВ протонов. Большая заслуга в ее создании принадлежала Ивану Григорьвичу Аксенову, Леониду Яковлевичу Суворову и Вячеславу Васильевичу Чернышову. С удовлетворением можно сказать, что исследования на этой установке завершились двумя крупными достижениями: описаны механизм образования радиолитического водорода в водных системах и механизм первичного радиобиологического действия.

В те же годы другая часть сотрудников, которую возглавил В.Г. Фирсов, выполнила свои первые, получившие широкую известность, работы по химии мюония.

В 1964 году впервые в мировой науке В.Г. Фирсовым и В.М. Бяковым была предложена и обоснована идея использования параметров деполяризации μ+-мезона в конденсированных средах для определения скоростей химических реакций водородоподобных атомов [1] .

Предложенный мюонный метод изучения вещества с помощью мюонов основан на том, что мюон является меченой частицей, за направлением спина которой можно следить по асимметрии углового распределения позитронов μ+→e+-распада. Взаимодействие магнитного момента положительного мюона со средой приводит к тому, что мюон теряет поляризацию. Измеряя же остаточную поляризацию мюонов во времени и в магнитных полях разной величины и направления, можно изучать разнообразные физико-химические свойства вещества.

Эта идея была поддержана Абрамом Исааковичем Алихановым и Исааком Яковлевичем Померанчуком. По инициативе А.И.Алиханова была образована объединенная группа, состоявшая из сотрудников 3-х лабораторий: В.Г. Фирсова, Г.Г. Мясищевой, М.Я. Балаца, Ю.В. Обухова , А.И. Бабаева и др.

Группой за очень короткий срок была создана установка «Мюоний» по наблюдению ларморовой прецессии спинов мюона и мюония в поперечных магнитных полях. Все эксперименты были выполнены на синхроциклотроне ЛЯП ОИЯИ в г. Дубна.

Основным экспериментальным результатом этой совместной работы явилось наблюдение и исследование поведения атомарного мюония. Ввиду высокой реакционной способности мюония, как и атомарного водорода, можно было ожидать, что мюоний может продолжительно существовать лишь в химически инертных материалах. Попытки группы экспериментально увидеть прецессию примесного атома мюония в поперечном магнитном поле увенчались успехом. В кристаллическом кварце в поперечном магнитном поле напряженностью 7,17 эрстед впервые группой была наблюдена ларморова прецессия системы спинов триплетного мюония [2].

Прецессия мюония в кристаллическом кварце. По оси абcцисс — номер канала (ширина канала 10.1 нсек), по оси ординат — число отсчетов, исправленное на экспоненциальный распад мезона.

Эта работа была заслуженно оценена научной общественностью, и коллектив авторов в составе: А.И. Бабаев, М.Я. Балац, Г.Г. Мясищева, Ю.В. Обухов, В.С. Роганов, В.Г. Фирсов, получили диплом на открытие, зарегистрированный в Государственном реестре открытий СССР 19 июня 1975 г. за №161 с приоритетом от 3 ноября 1965 г.

С 1966 г. группа, занимающаяся исследованиями физико-химических процессов, происходящих в веществе, с помощью положительных мюонов под руководством В.Г.Фирсова представляла уже коллектив только сотрудников лаборатории. Это В.И. Кудинов, Е.В. Минайчев, Г.Г. Мясищева, Ю.В. Обухов, Г.И. Савельев, В.Г. Фирсов и позднее В.Б. Месяцев, В.П. Бабайцев, Ю.В. Фунтиков.

С этого момента данным коллективом был выполнен большой цикл работ по физике и химии мюона и мюония, который включал в себя эксперименты по изучению слабого взаимодействия в μ+→e+-распаде, исследованию свойств твердого тела с помощью положительных мюонов и вопросы химии водородоподобного атома мюония.

Идея использования мюония — водородоподобного атома — для исследований в области химии оказалась весьма плодотворной и легла в основу целого направления — мюонной спектроскопии. Это направление успешно развивается во многих странах мира, а В.Г.Фирсов является признанным авторитетом в области мюонной химии.

В области исследований химических взаимодействий мюония были определены абсолютные константы скорости реакций мюония для ряда органических соединений, изучена зависимость реакционной способности ковалентных органических молекул от их структур, исследована зависимость реакционной способности органических соединений от типа галоида в кольце. Исследование температурных зависимостей скорости реакций мюония позволило определить энергии активации процессов взаимодействия с органическими и неорганическими соединениями [2-8].

Были исследованы взаимодействия с кристаллической решеткой ряда полупроводников, представляющих интерес для решения некоторых вопросов физики твердого тела [9], определены параметры феноменологической теории деполяризации положительного мюона в среде на примере ионного кристалла хлористого калия.

Значительный интерес представляло изучение поведения мюония (мюона) в полупроводниковых материалах. Введение легирующих примесей и изменение температуры позволили выявить полный спектр изменения поляризации положительного мюона в широком диапазоне сред - от диэлектриков до металлов. Был обнаружен ряд новых эффектов: зависимость процессов деполяризации от типа проводимости и концентрации носителей заряда, характер зависимости поляризации и скорости релаксации спина от температуры, наблюдение прецессии триплетного мюония, искажение волновых функций мюония, внедренного в кристаллическую решетку германия и кремния.

Работы с полупроводниками были выполнены с участием сотрудников ГИРЕДМЕТа, Д.Г. Андриановым и В.И. Фистулем.

Результаты работ с полупроводниками отмечены дипломом на открытие №259 — «Свойство одноэлектронных атомов в кристаллических полупроводниках быть глубокими донорами». Авторами этого открытия стали: Д.Г. Андрианов, Е.В. Минайчев, Г.Г. Мясищева, Ю.В. Обухов, В.С. Роганов, Г.И. Савельев, В.Г. Фирсов, В.И. Фистуль.

В 1970 г. В.Г.Фирсовым по этой тематике была защищена докторская диссертация.

В 1978 г. в связи с остановкой синхроциклотрона ЛЯП ОИЯИ на реконструкцию группа стала сотрудничать с коллективом С.П. Круглова и В.И. Гордеева в ЛИЯФ (г. Гатчина), в основном, в направлении дальнейшего изучения поведения мюония в полупроводниковых материалах.

После первых публикаций наших работ по физико-химическим взаимодействиям мюона и мюония в веществе активизировались экспериментальные работы на эту тему за рубежом на ускорителях в Ванкувере (Канада), США и впоследствии на ускорителе в SINе. А данное направление исследований получило название μSR-исследований (muon spin rotation). Стали регулярно проводиться μSR-конференции, издаваться сборники μSR-interactions.

В последние годы из-за отсутствия финансирования в России практически все исследования по данной тематике прекращены.

Следует особо отметить, что Ю.В. Обухов является соавтором, кроме двух перечисленных открытий, и третьего открытия №100 с приоритетом от 15 июня 1959 г. Свойство мезоатомов передавать без излучения всю энергию перехода мезона ядру, когда она близка к разности энергий ядерных уровней. Авторы этого открытия — М.Я. Балац, Д.Ф. Зарецкий, Л.Н. Кондратьев, Л.Г. Ландсберг, П.И. Лебедев, Ю.В. Обухов, Б.М. Понтекорво. Галина Георгиевна Мясищева — единственная в ИТЭФ женщина, являющаяся соавтором двух открытий — №161 и №259.

С помощью мюонной спектроскопии был выполнен и опубликован комплекс работ по изучению реакций мюония с неорганическими ионами и сложными органическими молекулами в водных и органических средах, проанализирована кинетика процессов, определены константы скорости химических реакций для большого класса соединений, проводилось систематическое изучение физико-химических взаимодействий мюония с кристаллической решеткой элементарных полупроводников и сложных бинарных соединений . Обширная информация по этим вопросам содержится в обзоре В.Г.Фирсова и Л.И.Пономарева [обзор1] .

В начале 80-х годов лаборатория пополнилась молодыми квалифицированными специалистами, пришедшими из МИФИ (Владимир Леонидович Гришкин), МГУ (Владислав Ленарович Бугаенко) и кандидатом физ.-мат. наук Ольгой Владимировной Илюхиной (МИФИ).

К этому времени радиационная химия стала все больше использоваться в приложениях к различным технологическим, биологическим и радиобиологическим процессам. Эти работы были завершены публикацией двух монографий В.М. Бякова и Ф.Г. Ничипорова: "Внутритрековые химические процессы" (1985) и "Радиолиз воды в ядерных реакторах" (1992), защитой трех кандидатских (Ф.Г. Ничипорова, В.Л. Гришкина, В.Л. Бугаенко) и докторской диссертации (В.М. Бяков).

С момента своего основания физико-химическая лаборатория всегда откликалась на запросы и потребности Института, способствовала успешному решению многих возникающих перед ним научных и прикладных задач. Помимо постоянной помощи по химическому анализу, синтезу, особо упомянем хотя бы вклад (Б.В. Эршлер) в знаменитую работу по нарушению четности (Алиханов-Абов-Крупчицкий), содействие в запуске построенной в Чехословакии атомной электростанции на базе разработанного в ИТЭФ тяжеловодного ядерного реактора КС-150 с газовым теплоносителем (В.И. Графутин, М.П. Аникина), курирование работ в Челябинске (В.Н. Воробьев).

С середины 1970-х годов в лаборатории группа В.И. Графутина положила начало фундаментальным исследованиям по изучению свойств конденсированных сред методом позитронной аннигиляционной спектроскопии. Этим работам была суждена долгая жизнь: они публикуются и звучат на Международных форумах и поныне. По этой тематике В.М.Бяковым, В.И.Графутиным, О.В. Илюхиной, Ю.В. Фунтиковым, Е.В. Минайчевым, Г.Г. Мясищевой, Е.П. Прокопьевым выполнено большое количество как теоретических, так и экспериментальных работ, оформленных в виде публикаций в престижных (реферируемых) журналах, докладов на международных конференциях и обзорах. Опубликована монография «Позитроника ионных кристаллов, полупроводников и металлов» (1999). (Е.П. Прокопьев, С.П. Тимошенков, В.И. Графутин, Г.Г. Мясищева, Ю.В. Фунтиков. (Москва 1999 г). Кратко приведем наиболее интересные результаты, полученные этой группой: выявлен механизм образования позитрония в жидких средах — путем рекомбинации позитрона с одним из квазисвободных электронов позитронного трека, установлено сходство механизмов образования позитрония, мюония и радиолитического водорода, экспериментально определено время образования позитрония в полярных средах (несколько пикосекунд), установлен механизм сольватации электронов в полярных средах, создана количественная модель [10] образования позитрония и радиолитического водорода в водных растворах. Эти результаты являются общепризнанными, и именно они позволили сделать позитронную спектроскопию весьма эффективным инструментом для изучения первичных стадий внутритрековых процессов и определения физико-химических характеристик первичных продуктов радиолиза [11-29]. Кроме того, в лаборатории позитронная методика используется и для проведения систематических исследований поликристаллических металлов, полупроводников и слоистых структур [30-42]. Результаты исследований последних лет обобщены в обзорах, опубликованных в Radiat. Phys. Chem.(1986) и УФН (2002) [обзоры 2,3 ]. Опубликована монография «Технология и методы исследования структур КНИ» (Москва 2003 г). В этих работах показано, что позитронная спектроскопия дает обширную и порою уникальную информацию об электронной структуре сред, образовании и эволюции дефектов кристаллической решетки, вызванных, в частности, радиационными нарушениями. В них также установлено, что концентрации электронов проводимости в металлах, определенные позитронным методом УРАФ (угловое распределение аннигиляционных фотонов), находятся в хорошем согласии с результатами расчетов в рамках модели свободного электронного газа, позитроны в металлах аннигилируют как на свободных электронах, так и на остовных электронах, в металлах взаимодействие позитронов с электронным газом приводит к локальному повышению концентрации электронов вокруг позитрона, в металлах позитроны могут образовывать со свободными электронами комплексы Уилера (e e+ e), в полупроводниках позитронная спектроскопия обладает высокой чувствительностью к точечным дефектам (примесные атомы, первичные радиационные дефекты и т.п.).

Угловые распределения аннигиляционных фотонов

Угловые распределения аннигиляционных фотонов в образцах
магния (а),
алюминия (б),
меди (в)
индия (г)
Штриховые линии — их разложение на параболическую 1 и гауссову 2 компоненты;
сплошная линия — сумма этих компонент.
Параболическая компонента описывает аннигиляцию позитронов на электронах проводимости (свободные электроны), а гауссова компонента — на остовных электронах атомов (связанные электроны).

 

За последние годы по позитронной тематике опубликовано более 50 статей в ведущих научных журналах: Journal Chem ical Physics, NIM B, Radiation Physics and Chemistry, Physica B, International Journal of Quantum Chemistry, Journal of Physical Chemistry, Material Science Forum, Журн. Структ. Химии, Хим. Выс. Энергий, Ядерная Физика, Химическая Физика, Физика Твердого Тела, Атомная Техника.

Сделаны доклады на Международных позитронных конференциях в Токио (2000), Мюнхене (2001), Ноксвилле (2002) и в Ааргусе (2003), а также на многих международных конференциях, проходивших в России. Сотрудниками лаборатории регулярно читаются лекции на Московских Международных Школах Физики ИТЭФ (5 лекций в 1998, 3 в 2001 и 5 на школе 2004 года).

Полученный печальный опыт внедрения упомянутой выше работы по радиационно-химическому синтезу этиленгликоля не послужил должным уроком, и в 70-е годы в лаборатории была поставлена еще одна практически важная прикладная работа по разработке радиационно-химического способа очистки отходящих промышленных газов от SO2. Был разработан перспективный способ цепного радиационно-химического окисления SO2. К сожалению, и эта работа также не вышла за рамки лабораторных исследований.

В 80-х годах группа сотрудников под руководством Р.Л. Сердюка, а впоследствии В.Н. Воробьева, участвовала в разработках новых типов ядерных реакторов, в том числе промышленного и модульного тяжеловодного реактора МРТ для атомной электростанции (идея Б.Р. Бергельсона). Многие из проведенных экспериментальных и расчетно-аналитических работ имели не только научную ценность, но и были использованы в промышленном реакторе (водно-химический режим, коррозионная стойкость конструкционных материалов).

Был выполнен и опубликован ряд фундаментальных работ по выявлению роли ионизирующего излучения в процессах образования в природе угля и нефти. Эти работы (проделанные совместно с геологом Георгием Григорьевичем Пименовым) показали, что процесс образования угля и нефти является процессом радиационно-термическим, иначе говоря, образование этих продуктов происходит не только под воздействием тепла из недр Земли, как это принято считать, но и в значительной мере под воздействием ионизирующего излучения от рассеянных радиоактивных элементов, в первую очередь урана [31].

В дополнение к этому было показано, что космическое излучение сыграло роль не только в образовании энергоносителей, но и решающим образом повлияло на эволюцию живых организмов. Десятки раз за последние 500 млн. лет вспышки сверхновых радикально меняли направление эволюции на Земле. Так была объяснена природа "революционных переворотов" Кювье: наша Солнечная система многократно попадала в окрестности остатков сверхновых звезд, где интенсивность ионизирующего излучения необычайно велика [32].

В заключение хотелось бы с благодарностью вспомнить всех сотрудников, работавших в разное время в лаборатории и безвременно ушедших из жизни — Б.В. Эршлер, Л.Я. Суворов, Р.Л. Сердюк, В.К. Завойский, Ф.С. Лаптева, В.Н. Бовина, М.А. Нежевенко, Б.К. Климов, В.Б. Коноплева, Т.Н. Ершова, Е.В. Минайчев, В.Г. Фирсов, Л.Н. Гейман.
 
     

© 2005—2008 ФГУП ГНЦ РФ Институт теретической и экспериментальной физики
© 2005—2008 Отдел Радиационной физики и химии конденсированных сред