Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России»
Скачать 1.16 Mb.
|
| 1.10.3 Заключение Для исследования состава поверхностных слоев сплава Э-110 после различных способов их обработки разработан метод, основанный на использовании закономерностей ядерного обратного рассеяния протонов атомными ядрами. Используя разработанный метод, можно (применительно к решаемым задачам): а) Проводить сертификацию поверхностных слоев изделий путем выборочного сопоставления спектров ЯОР от поступающих новых партий образцов Э-110 со спектром ЯОР образца, принятого за эталон. б) Осуществлять определение в поверхностных слоя изделий Э-110 подвергнутых струйно-абразивной (САО), магнитно-абразивной, кругом скотч-брайт наличие примесей таких элементов как C, N, O, Si. в) Метод ЯОР позволяет детально исследовать процесс модификации поверхностных слоев Э-110 после термоокисления. Предложенный метод эффективен для решения задачи определения оптимальных условий для проведения термоокисления в условиях экономии энергоресурсов и материалов. В исследованиях принимали участие два студента ОЯФ физического факультета МГУ. Результаты исследований отражены в их курсовых работах. 1.11 Ввод в эксплуатацию имплантатора ионов В отчетный период принят в эксплуатацию имплантатор ионов HVEE-500. Проведена работа по решению технических и административных вопросов, по приведению имплантатора в соответствие с действующими нормами эксплуатации установок такого рода. Для ввода в эксплуатацию были выполнены следующие основные работы:
1.11.1 Краткое описание установки HVEE-500 Ускорительная установка HVEE-500 производства High Voltage Engineering, Нидерланды, была передана НИИЯФ МГУ предприятием, сменившим направление своей работы. Установка предназначена для получения пучков положительно заряженных частиц с максимальной энергией 500 кэВ/заряд. Установка используется для проведения научно-исследовательских работ в области фундаментальной физики, прикладных и смежных областях. Схема установки представлена на рисунке 1.11.1.1. Фотографии терминальной части и имплантационной линии приведены на рисунке 1.11.1.2. Электропитание терминальной части осуществляется с помощью электрогенератора, ротор которого приводится во вращение с помощью диэлектрической штанги электродвигателя, подключенного в систему электрического питания корпуса. Таким образом, обеспечивается электроизоляция высоковольтной части ускорителя.  Рисунок 1.11.1.1 - Общая схема установки.  а)  б) Рисунок 1.11.1.2 - Имплантационная линия (а) и высоковольтный терминал установки (б). Штатный комплект источников ионов позволяет работать как с газовыми ионами (H+, He+, Ar+, N+ и т.д.), так и с ионами твердотельных рабочих веществ (Si+, C+, As+ и т.д.). При этом максимальный ток ионов составляет 300 мкА. Газовый источник представляет собой источник Пеннинга и предоставляет возможность работы не только с благородными газами, но и с химически активными. Твердотельный источник является источником нильсеновского типа и позволяет работать с широким массовым спектром химических элементов. После извлечения ионов из источника они проходят стадию предварительного ускорения до энергии 30 кэВ, после чего происходит первичная сепарация экстрагированного пучка поворотным магнитом, обеспечивающим выбор необходимого изотопа с точностью до атомных единиц. Затем ионы попадают в ускорительную трубку, в которой происходит их разгон до требуемой энергии. Далее проходя систему фокусировки, состоящую из квадрупольных линз, пучок попадает в поворотный магнит. Система ускорителя спроектирована с возможностью работы на нескольких экспериментальных трактах. Выбор желаемого ионопровода осуществляется магнитным полем поворотного магнита. Затем пучок ионов проходит ещё одну ступень фокусировки и, после прохождения ловушки нейтралей, оказывается в экспериментальной камере, где находится облучаемая мишень. На всём прохождении пучка по ионопроводу происходит откачка остаточных газов и мониторирование уровня вакуума. Откачка осуществляется системой турбомолекулярных насосов, которая обеспечивает давление на уровне 10-6 мм. рт. ст. 1.11.2 Заключение Таким образом, В НИИЯФ МГУ принят в эксплуатацию имплантатор ионов HVEE-500. Энергия ускоренных ионов может изменяться в пределах 30-450 кэВ. Ток прямого пучка – до 60мкА. Набор ускоряемых ионов от водорода – до трансурановых элементов. На базе введенной в действие установки разработаны ионно-имплантационные методики легирования приповерхностных слоев наноуглеродных материалов (hаздел 1.12 отчета). Особого внимания заслуживает тот факт, что основная работа по вводу в эксплуатацию установки HVEE-500, основные пункты которой приведены выше, была проведена коллективом, состоящим преимущественно из студентов физического факультета МГУ, возглавляемых с.н.с. НИИЯФ МГУ Патракеевым А.С. Ввод в действие ионного имплантатора позволяет проводить обучение студентов и аспирантов физического факультета МГУ и других ВУЗов на современной ионно-имплантационной установке в таких областях науки и технологий, как физика взаимодействия ионов с веществом, ионно-пучковые технологии, микро-, нано- и оптоэлектроника, материаловедение. В настоящее время на установке HVEE-500 проводят свои первые исследования студенты и аспиранты МГУ, МАТИ, МИРЕА и др. 1.12 Разработка ионно-имплантационных методик легирования приповерхностных слоев наноуглеродных материалов 1.12.1 Введение Ионная имплантация – один из мощных методов модификации свойств приповерхностных слоев материалов. Одно из наиболее важных приложений ионной имплантации – полупроводниковая микроэлектроника, где она с успехом используется с самого зарождения этой отрасли. Наноуглеродные системы, такие как алмазоподобные углеродные пленки и покрытия, композитные материалы с полимерной основой и углеродными нанотрубками, фуллеренами и другими наноуглеродами в качестве наполнителей, представляют большой интерес для микроэлектроники и оптоэлектроники как функциональные и конструктивные материалы. Ионная имплантация имеет ряд преимуществ перед диффузионными методами модификации ионов. Путем плавной вариации энергии и дозы ионов, ионная имплантация позволяет прецизионным образом контролировать локализацию и концентрацию внедренных атомов на определенной глубине и, таким образом, модифицировать состав тонкопленочных систем, покрытий и приповерхностных слоев этих материалов. Методики ионно-имплантационного легирования наноуглеродных материалов разрабатываются на базе ионного имплантатора HV500 с энергией ускоренных ионов до 500 кэВ, описанного в разделе 1.11. Ниже приводятся результаты численного моделирования с использованием программы STRIM. В качестве модельного материала для расчетов были выбраны алмаз и графит. 1.12.2 Глубина и толщина модифицированного слоя На рисунке 1.12.2.1 показаны результаты расчетов проективных пробегов и полуширины распределений пробегов различных ионов в алмазе и графите. Из приведенных рисунков видно, что легкие ионы, такие как ионы водорода, с энергией в несколько сот кэВ проникают на глубину более 1 мкм. При этом ширина распределения остановившихся ионов за счет разброса в энергетических потерях может достигать десятков и, в случае легких ионов, сотен нанометров.
1.12.3 Генерация дефектов типа атомов смещения К основным недостаткам ионной имплантации относят генерацию дефектов, сопровождающую прохождение ионов через вещество. При энергиях ионов ниже нескольких сотен кэВ основной вклад в дефектообразование вносят процессы упругого или ядерного рассеяния в ион-атомных столкновениях, приводящих к смещению атомов из узла решетки в междоузельное положение. В полупроводниковых технологиях нежелательные дефекты устраняются путем термического или лазерного отжига. Если по тем или иным причинам отжиг реализовать нельзя, то при определенной концентрации смещенных атомов вещество переходит в структурно разупорядоченное или аморфное состояние.
1.12.4 Ионизационные потери Другой процесс потерь энергии имплантируемых ионов обусловлен их взаимодействием с электронной оболочкой атомов. При этом разрываются межатомные связи, что способствует формированию дефектов оборванных и болтающихся связей, перезамыканию связей, декомпозиции молекул. Генерация оборванных связей в алмазе и алмазоподобных структурах приводит к графитизации облучаемой области, переходу из sp3 в sp2 гибридизацию связей, пассивации оборванных связей за счет связывания свободного водорода. Насколько эти процессы интенсивны, определяется сечением ионизационных процессов. На рисунке 1.12.4.1 показаны энергетические зависимости ионизационных потерь для различных ионов в алмазе и графите.
1.12.5 Выводы В работе показано, что ионная имплантация позволяет прецизионным образом управлять концентрацией и локализацией примесных атомов в наноуглеродных материалах. Ионная имплантация сопровождается генерацией дефектов как междоузельного типа, так и типа оборванных связей, релаксирующих с формированием иной структуры межатомных связей. Смещение атомов приводит к атомному перемешиванию на границе раздела слоев, что в одних случаях может привести к деградации многослойной структуры, в других – к усилению адгезии, устойчивости к отслаиванию покрытий при механических или термических нагрузках, что является весьма важной проблемой для многих практических приложений. В исследованиях на установке HVEE-500 принимают активное участие студенты и аспиранты физического факультета МГУ, МАТИ, МИРЕА и др. 1.13 Разработка автоматизированной системы проверки знаний студентов и размещение ее на сайте 1.13.1 Автоматизированная система проверки знаний Последние десятилетия характеризуются ростом роли компьютерных технологий и средств связи во всех областях деятельности. Не является исключением и образовательный процесс в ВУЗах. Дополнительно к классической системе образования, основанной на личном контакте, благодаря интернету становится возможным дистанционное общение между студентами и преподавателями, появляется большое количество систем дистанционного обучения. Нами была разработана система текущего контроля успеваемости студентов (http://vserv.sinp.msu.ru/burma/). Задачей системы является удаленная проверка знаний студентов, обучающихся на кафедре. Проверяются знания студентами текущего материала курса и умение решать основные типы задач. Другой целью данной системы является автоматическое ведение статистики успеваемости. Технически система представляет собой веб-сайт, созданный на языке программирования PHP, с использованием базы данных MySQL. Программные модули сайта содержат большое количество задач с автоматическим выбором условий, средства аутентификации студентов, интерфейс просмотра результатов. Все задачи на сайте разделены по темам и спецкурсам. При входе на сайт пользователь должен ввести свое имя, номер группы и спецкурс, по которому он будет решать задачи. Каждая задача в тесте имеет несколько варьируемых параметров. Для каждого студента задачи будут иметь уникальные условия. Еще одно важное отличие от общепринятых систем компьютерного тестирования состоит в том, что ответ нужно вводить в виде числа в нужной системе единиц, а не выбирать из списка предложенных. В банке задач реализовано несколько способов представления задач. Условие таких задач каждый раз генерируются заново. Каждая задача имеет несколько варьируемых параметров, которые могут меняться непрерывно или дискретно. Здесь варьируемыми параметрами являются частота света и материал, из которого сделана пластинка. Ответ должен быть введен в виде числа в нужной системе единиц, единицы в которых нужно ввести ответ тоже изменяются в зависимости от задачи. Правильным считается ответ с некоторой точностью, точность проверки ответа можно настроить. По умолчанию для всех задач точность 10 %. Сразу после ввода ответа студент видит правильный ответ и результат решения конкретной задачи (правильно или неправильно). В другом случае может быть задача с выбором ответа из списка предложенных. В данном случае студент получает список из 6 реакций, для каждой реакции нужно проверить выполнение законов сохранения, и выбрать те для которых они выполняются. Правильным считается ответ, когда указаны все возможные реакции. Параметрами в этой задаче являются количество возможных реакций и собственно сами реакции. В банке данных порядка ста возможных реакций и реакций, для которых законы сохранения и правила отбора не выполняются. При каждой попытке решать задачу такого типа студент получит новый набор реакций. Чтобы правильно решить такую задачу, нужно проверить выполнение законов сохранения и правил отбора для всех реакций. Система контроля знаний студентов может использоваться различными способами. Основное назначение – это текущая проверка успеваемости. Преподаватель после каждого занятия добавляет какое-то количество задач из банка данных. И дает их на самостоятельное решение студентам. В системе присутствует интерфейс для просмотра результатов решения задач. Имеется возможность просмотреть результаты группы студентов по каждой теме или спецкурсу. В любой момент времени преподавателю достаточно просто зайти на сайт и просмотреть текущий отчет. Результаты могут быть двух видов. В одном случае, если студент из многих попыток хотя бы один раз решил задачу правильно, то в таблице результатов у него будет плюс. При неправильном решении в таблице стоит минус. В другом случае результатом считается последняя попытка решения задачи. Преподаватель может в любой момент добавить новые задачи из банка задач, дать уже решенные ранее задачи на повторение и в оперативном режиме наблюдать за ходом их решения, контролировать остаточные знания по старым темам. Все решения хранятся в базе данных, что дает много возможностей для просмотра различной статистики по решениям. Например, можно просмотреть какие задачи вызывают наибольшие трудности (по времени решения или по проценту правильно решенных). Использование системы контроля текущей успеваемости положительно сказывается на образовательном процессе, потому что основной частью обучения является самостоятельная работа студентов. Студент может большое число раз и в любое время решать одну проблему до тех пор пока не добьется правильного решения. Таким образом, он учится и проверяет себя сам, причем каждый раз получает измененные условия задачи. Систему можно использовать также для проведения классического тестирования в компьютерном классе. Также тестирование можно проводить удаленно. При этом преподаватель может ограничивать время на тест и количество попыток ввода ответа. Студент же может написать этот тест удаленно в любое удобное ему время. Большое число тем и задач и возможность решать их в любом месте, где есть интернет, позволяет добиться непрерывности процесса обучения. Разнообразие типов вывода результатов дает преподавателю большую статистику по каждому студенту. Возможность в реальном времени наблюдать за процессом решения студентами заданий позволяет быстро оценить, как усвоена каждая тема, и вносить изменения в план обучения. 1.13.2 Развитие сайта "Ядерная физика в Интернете" На сайте "Ядерная физика в Интернете" было опубликовано учебное пособие "Физика ядра и банки ядерных данных" (http://nuclphys.sinp.msu.ru/ndb) Цель пособия – помочь студентам, уже ознакомленным с основами физики ядра в общем курсе, получить более глубокие знания в этой области физики. Учебное пособие предназначено для использования, в первую очередь, на т.н. “cпециальном” семинаре по физике ядра. Поскольку объем экспериментальных данных по физике ядра чрезвычайно велик, пособие имеет целью указать путь к современным способам ознакомления с массивами характеристик ядер через банки ядерных данных. Освоение методов извлечения информации о ядрах и ядерных реакциях через банк ядерных данных Центра данных фотоядерных экспериментов (ЦДФЭ, CDFE) НИИЯФ МГУ и банки данных партнеров ЦДФЭ должно явиться одним из результатов занятий на семинаре. В пособие включены индивидуальные задания по получению целого ряда ядерных данных, таких как массы и энергии связи ядер, энергии отделения нуклонов и кластеров, спектры состояний ядер, их спины, четности, изоспины, зарядовые и массовые радиусы и плотности, информация о форме ядер, сечениях ядерных реакции, распадам нестабильных ядер. Одновременно на основе простейших моделей ядра пособие знакомит с методами интерпретации ядерных характеристик. Итогом работы студентов должны также явиться навыки решения простых задач по темам курса. Примеры решения таких задач с комментариями и список предлагаемых задач включены в пособие. Похожие задачи решает учебное пособие "Атомные ядра" (http://nuclphys.sinp.msu.ru/an), которое посвящено описанию основных характеристик атомных ядер (энергия, масса, спин, четность), процессов их взаимных превращений в ядерных реакциях и радиоактивных распадах, их определений с помощью реляционных баз ядерных данных, созданных в Центре данных фотоядерных экспериментов (ЦДФЭ) НИИЯФ МГУ. Кроме того на сайте публиковались также и другие учебные материалы. В частности, "Детекторы для гамма-спектрометрии" (http:// nuclphys.sinp.msu.ru/experiment/detectors/gammadet), Линк-листы к летним школам ЦЕРН (http://nuclphys.sinp.msu.ru/conf/), материалы научого семинара НИИЯФ (http://nuclphys.sinp.msu.ru/nseminar/) и т.п. 1.13.3 Анализ статистики сайта "Ядерная физика в Интернете" Д  Рисунок. 1.13.3.1 Статистика посещаемости сайта (данные mail.ru) о марта 2010г. счетчики (~30 счетчиков) стояли только на головной странице сайта и на головных страницах отдельных его разделов. Всего на сайте более тысячи текстовых файлов. В марте 2010г. счетчики были поставлены на большинство страниц сайта, что повысило число регистрируемых уникальных хостов и визитов в несколько раз (рис. 1.13.3.1). Т.е. оказалось, что аудитория сайта заметно шире, чем нами оценивалась ранее. Доля российских посетителей составляет 70%, суммарная доля стран бывшего СССР – 92%. На рис. 1.13.3.2 показано распределение посетителей по странам без учета российских посетителей. Среди российских посетителей доля Москвы и Московской области составляет 40%. География по России среди остальных посетителей показана на рис. 1.13.3.3.   Рисунок 1.13.3.2 Распределение посетителей по странам без учета российских посетителей 1.13.4 Заключение Созданная система текущего контроля успеваемости студентов позволила как улучшить проверку знаний студентами текущего материала и умение решать задачи, так и мониторировать так называемые "остаточные знания". Статистический анализ результатов тестирования позволяет выявить слабые места в усвоении материала и совершенствовать методику преподавания. Публикуемые на сайте материалы активно используются в учебном процессе как на физическом факультете МГУ, так и в других вузах. Аудитория сайта из года в год увеличивается. 1.14 Исследование и оптимизация свойств пучка линейного электронного ускорителя на энергию 1.2 МэВ. Проведение экспериментов по генерации рентгеновского излучения с использованием внутренней тормозной мишени 1.14.1 Постановка задачи Основными материалами, используемыми для изготовления окон мощных эксимерных лазеров с электронно-пучковым возбуждением, являются кварцевые стёкла и кристаллы, прозрачные в ультрафиолетовой области спектра. Радиационная стойкость материалов этих окон в значительной степени определяет работоспособность, и, соответственно, перспективы использования этих лазеров, например в качестве драйверов в лазерном термоядерном синтезе. Ионизирующими излучениями, воздействующими на окна электронно-пучковых эксимерных лазеров, являются рассеянные из пучка накачки электроны с энергиями 300 – 600 кэВ и сопутствующее тормозное излучение, которые при поглощении в выходном окне лазера приводят к образованию центров окраски, меняющих оптические свойства окон и существенно снижающих эффективность лазера. Задачей настоящей работы являлась разработка высокоинтенсивного источника тормозного излучения (hν ≤ 600 кэВ) на базе линейного электронного ускорителя на энергию 1.2 МэВ для исследования радиационной стойкости оптических материалов, который обеспечивает мощность поглощённой дозы тормозного излучения в испытываемых образцах ~ 30 Гр/с. 1.14.2 Описание экспериментальной установки Источник тормозного излучения разработан на основе двухсекционного линейного ускорителя электронов непрерывного действия с максимальной энергией пучка 1.2 МэВ, максимальной мощностью пучка 60 кВт. Блок-схема ускорителя приведена на рисунке 1.14.2.1. В состав ускорителя входят электронная пушка ((1) на рисунке 1.14.2.1), установленная без пространства дрейфа на входном фланце первой ускоряющей секции (4), вторая ускоряющая секция (5), два клистрона с максимальной выходной мощностью 50 кВт (2, 3), подводящие волноводы (6, 7) с вакуумными портами, через которые производится высоковакуумная откачка магниторазрядными насосами НОРД-100 (8, 9). В пространстве дрейфа между секциями (10) расположены соленоидальная фокусирующая линза, коллиматор и два корректора, сканирующие  Рисунок 1.14.2.1 Блок-схема двухсекционного линейного ускорителя электронов. пучок в X-Y плоскости. Система вывода пучка включает магнит вертикальной (поперечной) развертки (11), магнит горизонтальной (продольной) (12) развертки, камеру вывода пучка в атмосферу (13). После первой ускоряющей секции пучок имеет энергию 600 кэВ, после второй – на выходе ускорителя – энергию 1.2 МэВ. Средний ток пучка за счет изменения потенциалов фокусирующих электродов электронной пушки варьируется в пределах от 0 до 50 мА (максимальная мощность пучка 60 кВт). Для генерации тормозного излучения (hν ≤ 600 кэВ) использовался электронный пучок на выходе первой ускоряющей секции с энергией 600 кэВ без дополнительной пространственной развертки, что обеспечивало большую плотность электронного тока при меньшей площади облучаемой поверхности по сравнению с режимом сканирования пучка. Это позволило существенно увеличить интенсивность рентгеновского излучения из тормозной мишени и накапливать за достаточно короткое время облучения ~10 час. высокую поглощенную дозу рентгеновского излучения в оптических образцах ~1 МГр, сравнимую с той, которую могут получить окна KrF лазерных драйверов энергетической установки на основе ЛТС за 2 года непрерывной работы с частотой повторения импульсов ~ 5Гц. В предложенной конструкции источника рентгеновского тормозного излучения использовалась тормозная мишень из вольфрама, толщина которой, 0.3 мм, превышала пробег электронов. Мишень размещалась в вакууме на выходе первой ускоряющей секции (позиция (10) на рисунке 1.14.2.1). Схема такого рентгеновского конвертера показана на рисунке 1.14.2.2.  Рисунок 1.14.2.2 - Схематическая конструкция тормозной мишени. Поскольку большая часть поглощенной мощности электронного пучка в тормозной мишени идет на ее нагрев и может сопровождаться ухудшением вакуума и снижением эмиссии катода электронной пушки, с внутренней (вакуумной) стороны тормозной мишени предусмотрены дополнительная откачка с использованием компактного магниторазрядного насоса производительностью 5 л/мин и принудительное охлаждение тормозной мишени. Для этого в прижимном фланце выходного окна ускорителя из нержавеющий стали сделана полость толщиной 3 мм, через которую прокачивается вода из системы охлаждения. Стальная диафрагма толщиной 2 мм отделяет воду от атмосферы и, таким образом, служит выходным окном конвертера. Вакуумное уплотнение тормозной мишени обеспечивается индиевыми прокладками. Облучаемые образцы могут размещаться на различном расстоянии от тормозной мишени в пределах от 0.55 см до 5.9 см. 1.14.3 Измерение характеристик пучка тормозного излучения Калибровка поглощенной дозы рентгеновского тормозного излучения проводилась с использованием стандартных калиброванных твердотельных дозиметров ДТС-0,01/1 из кремниевого стекла, активированного никелем, которые располагались непосредственно на месте облучаемых образцов. Дозиметры ДТС-0,01/1 представляют собой параллелепипеды размером 15×15×5 мм3. Центры окраски, образующиеся под действием рентгеновского тормозного излучения, изменяют их спектры пропускания. Эти спектры имеют два максимума на длинах волн 745 и 360 нм. Первый максимум, менее чувствительный к излучению, использовался для измерения поглощенной дозы в диапазоне 1.5–10 кГр с точностью 12%. Второй максимум использовался для измерения поглощенной дозы в диапазоне 0.1–0.6 кГр с точностью 7%. Оптическая плотность дозиметров A = log10(100/T), где Т – пропускание дозиметров после облучения (в %), рассчитывалась из измеренных спектров пропускания на заданной длине волны. Соответствующая поглощенная доза рентгеновского излучения рассчитывалась из эмпирических калибровочных формул: D = 28.2×A2.32 (кГр) в диапазоне =745 нм, и D = 464.6×A – 33.1 (кГр) в диапазоне =360 нм. Отметим, что низкоэнергетическая часть спектра тормозного излучения, для которой резко возрастает коэффициент поглощения, поглощалась тормозной мишенью, охлаждающей водой и выходным окном конвертера. Поглощенная в дозиметрах доза тормозного излучения как функция заряда электронного пучка, падающего на тормозную мишень, измеренная на расстоянии 1.7 см от тормозной мишени, приведена на рисунке 1.14.3.1а. Доза меняется линейно с изменением заряда со средним коэффициентом пропорциональности 7.1 кГр/Кл. С использованием твердотельных дозиметров были проведены измерения зависимости поглощённой дозы тормозного излучения от расстояния от тормозной мишени в диапазоне 0.55 – 5.9 см. Нормированная на электронный заряд поглощённая доза тормозного излучения в зависимости от расстояния от мишени показана на рисунке 1.14.3.1б. Измеренная доза спадает как D ~1/R1.5, слабее, чем для точечного источника, D ~1/R2. Это связано с конечным размером электронного пучка на тормозной мишени (~ 10 мм) и вкладом рассеянного γ-излучения. Максимальная мощность поглощённой дозы тормозного излучения на минимальном расстоянии 0.55 см от тормозной мишени на площади ~2.5 см2 составила ~30 Гр/с при токе электронного пучка ~5 мА. Дальнейшее увеличение тока пучка приводило к нагреву тормозной мишени, ухудшению вакуума в ускорителе и снижению эмиссии катода электронной пушки. При токе электронного пучка, не превышающем 5 мА, поддерживалась стабильная работа ускорителя в течение десятков часов. а)  б)  Рисунок 1.14.3.1 - Зависимости: а) – поглощенной дозы тормозного излучения от электронного заряда на расстоянии 1.7 см от тормозной мишени; б) – нормализованной поглощенной дозы тормозного излучения от расстояния. Для оценки спектра рентгеновского тормозного излучения была измерена зависимость поглощенной дозы от толщины свинцового поглотителя, за которым помещались дозиметры. Измеренная зависимость поглощённой дозы от толщины свинцового поглотителя для максимума на длине волны λ = 360 нм показана на рисунке 1.14.3.2. Экспоненциальная аппроксимация экспериментальных данных дала коэффициент поглощения μ = 2.72 см-1, что соответствует эффективной средней энергии тормозного спектра hν ≈ 400 кэВ при максимальной энергии hν ≈ 600 кэВ.  Рисунок 1.14.3.2 - Зависимость поглощенной дозы от толщины свинцового поглотителя. 1.14.4 Выводы 1) Разработан источник тормозного излучения (h≤ 600 кэВ) на базе линейного ускорителя электронов непрерывного действия с энергией 1.2 МэВ, обеспечивающий мощность поглощённой дозы тормозного излучения в испытываемых образцах ~ 30 Гр/с на площади ~2.5 см2. 2) Проведены измерения характеристик пучка тормозного излучения: - поглощенной дозы тормозного излучения от электронного заряда; - поглощенной дозы тормозного излучения от расстояния. 3) Проведены экспериментальные оценки спектра рентгеновского тормозного излучения. Определена эффективная средняя энергия тормозного спектра hν ≈ 400 кэВ при максимальной энергии hν ≈ 600 кэВ. 1.15 Исследование влияния мощности дозы на воздействие ускоренных частиц на некоторые биологические объекты и на самоорганизующуюся систему – реакцию Белоусова–Жаботинского 1.15.1 Введение В предыдущих отчетах были представлены результаты исследования процесса инициирования волн в такой автоколебательной самоорганизующейся физико-химической системе, как реакция Белоусова-Жаботинского (реакция БЖ). Было отмечено, что автоколебательные и волновые процессы характерны для всех живых систем. Примером таких явлений могут служить распространение мышечного сокращения, свертывание крови, волны  , сигнального иона, запускающего различные физиологические процессы («биологические часы» и т.п.) во многих типах клеток. Изучение воздействия потоков заряженных частиц с высоким значением линейной передачи энергии (ЛПЭ) на автоколебательные химические реакции позволяет моделировать схожие процессы в живых объектах. В качестве такой модельной реакции была выбрана известная реакция БЖ, которая относительно хорошо изучена [9]. Были приведены основные характеристики этой реакции. Ранее была разработана методика, средства и технология исследования воздействия потоков заряженных частиц на эту реакцию. Было определено оценочное значение порога инициирования волн под действием пучка альфа-частиц с энергией 30 МэВ из циклотрона НИИЯФ МГУ и под действием пучка электронов с энергией 30 МэВ из разрезного микротрона.1.15.2 Методика эксперимента На настоящем этапе выполнено исследование величины порога инициирования волн в зависимости от интенсивности пучка альфа-частиц (интенсивности поглощенной дозы). Так же как и ранее, раствор БЖ помещался в капилляр, который располагался в горизонтальной плоскости перпендикулярно пучку альфа-частиц. Область, на которую попадал пучок, определялась вертикальной щелью шириной 1 мм в танталовой пластине, расположенной перед капилляром. Облучение выполнялось в помещении, соседнем с залом циклотрона, и удаленном от последнего примерно на 20 м. Капилляр располагался на воздухе в 5 см от тонкого алюминиевого окна на фланце ионопровода. Облучаемый объект просматривался веб-камерой, видеоизображение с которой записывалось на жесткий диск компьютера. Мониторирование интенсивности пучка альфа-частиц осуществлялось измерением величины заряда, попадающего на диафрагму и на капилляр с раствором реакции Б-Ж (изолированных от «земли») в единицу времени (с). Использованы интегратор тока с чувствительностью 2´10-4 мкКл/импульс и пересчетный прибор. Та же система измерения накопленного заряда использовалась для определения порогового значения поглощенной дозы. Облучение капилляра с раствором реакции БЖ прекращалось сразу же после появления инициированной волны. 1.15.3 Полученные результаты и выводы На рис. 1.15.3.1 приведены типичные фотографии инициированной расходящейся волны, полученные с помощью веб-камеры в разные моменты времени после ее образования.
На настоящем этапе были выполнены уточненные расчеты величины энергии, потерянной альфа-частицей в растворе, учитывающие, в частности, потери энергии альфа-частиц в стекле и неравномерность толщины слоя стекла капилляра для разных мест попадания пучка. На рисунке 1.15.3.2 приведена зависимость порога образования волны в растворе от интенсивности пучка. Следует отметить, что процесс инициирования волн зависит от многих плохо контролируемых параметров проведения эксперимента («свежесть» раствора, появление спонтанных волн и др.). В ряде случаев волна не образовывалась даже при достаточно длительном облучении раствора. Поэтому при определении порогового значения принимались во внимание два-три измерения (из 5-7), которые давали минимальные значения порога. Тем не менее, основная закономерность – повышение порога инициирования волны от интенсивности пучка прослеживается достаточно надежно, причем интенсивность пучка альфа-частиц менялась более чем на порядок.  Рисунок 1.15.3.2 Зависимость порога образования волны в растворе от интенсивности пучка Таким образом, результаты исследования влияния мощности дозы на воздействие ускоренных частиц на самоорганизующуюся систему – реакцию Белоусова–Жаботинского указывают на возрастание порога инициирования волнообразования с увеличением мощности поглощенной дозы. Исследование влияния мощности дозы на некоторые биологические объекты (липосомы) были выполнены в значительно более малом интервале мощности (1.5) и не показали заметного влияния на результат воздействия на них ионизирующего излучения. Работа выполнена при активном участии студентов 4-го курса физического факультета МГУ и докладывалась в апреле 2010 г. на научной конференции «Ломоносовские чтения МГУ». 1.16 Статистические сведения о результатах выполнения государственного контракта на 2-ом этапе В 2010г. по темам календарного плана 2.1 – 2.15 (2-ой этап) настоящего контракта опубликовано 2 учебных пособия, 14 статей, 5 статей приняты в печать. | ||||||||||||||||||||
Похожие:
 | Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы | | Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы |
| Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы | | Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы |
 | Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы | | Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы |
| Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы | | Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы |
| Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы | | Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы |
| Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... Санкт-петербургский государственный электротехнический университет «лэти» им. В. И. Ульянова (ленина) | | Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... «Разработка новых методов индивидуальной коррекции сводно-радикального статуса при бактериальных инфекциях» |
