МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
имени М.В. ЛОМОНОСОВА
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ
имени Д.В. СКОБЕЛЬЦЫНА
УДК 535.37
№ госрегистрации 01201057418
Инв. №
|
|
УТВЕРЖДАЮ
Директор НИИЯФ МГУ
профессор
______________ М.И. Панасюк
«____» июля 2010 г.
|
ОТЧЕТ
о научно-исследовательской работе
«Разработка и исследование новых кристаллических, аморфных и наноструктурированных материалов для сцинтилляционных и люминесцентных преобразователей, сенсоров и других применений»
«1 этап. Выбор и обоснование методик исследования, анализ литературных данных»
Шифр «2010-1.1-121-011-052»
Государственный контракт от «22» марта 2010 г. № 02.740.11.0546
в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной
России» на 2009-2013г.
Научный руководитель,
доктор ф.-м. наук, профессор _______________ В.В.Михайлин
2010
Список исполнителей
Научный руководитель,
зав.отделом, зав.каф., д.ф.-м.н., профессор
|
_______________________
подпись, дата
|
Михайлин Виталий Васильевич
(Введение – постановка задачи, заключение – обобщение результатов, все разделы – постановка задачи и участие в обсуждении)
|
Исполнители:
|
|
|
студент
|
_______________________
подпись, дата
|
Антошков Андрей Анатольевич
(разделы 6, 7– участие в измерениях)
|
Выпускник аспирантуры
|
_______________________
|
Богатырев Илья Борисович (раздел 2 – анализ результатов)
|
н.с.
|
_______________________
подпись, дата
|
Бежанов Виталий Анатольевич
(разделы 4,8 – участие в измерениях)
|
вед.н.с., д.ф.-м.н.
|
_______________________
подпись, дата
|
Васильев Андрей Николаевич
(раздел 1 –участие в расчетах, разделы 2, 3 – постановка задачи, обобщение и анализ результатов)
|
ст.н.с., к.ф.-м.н.
|
_______________________
подпись, дата
|
Герасимова Василиса Игоревна
(раздел 7 – постановка задачи, анализ и обобщение результатов, разделы 6, 8 – анализ и обобщение результатов)
|
н.с.
|
_______________________
подпись, дата
|
Заворотный Юрий Станиславович
(разделы 6, 7, 8 – участие в измерениях, участие в обсуждении)
|
студент
|
_______________________
подпись, дата
|
Илюхин Сергей Сергеевич
(разделы 6, 8 – участие в измерениях)
|
доцент, к.ф.-м.н.
|
_______________________
подпись, дата
|
Каменских Ирина Александровна
(раздел 1 – постановка задачи, анализ и обобщение результатов, раздел 3 – участие в обсуждении, раздел 4 – участие в измерениях)
|
зав. лаб., проф.,
д.ф.-м.н.
|
_______________________
подпись, дата
|
Каск Николай Евгеньевич
(раздел 5 – постановка задачи, анализ и обобщение)
|
аспирант
|
_______________________
подпись, дата
|
Киркин Роман Владимирович
(разделы 2, 3 – анализ литературных данных)
|
ст.н.с., к.ф.-м.н.
|
_______________________
подпись, дата
|
Колобанов Виталий Николаевич
(раздел 4 – участие в измерениях)
|
н.с., к.ф.-м.н.
|
_______________________
подпись, дата
|
Лексина Елена Георгиевна
(раздел 5 – участие в измерениях, анализ литературных данных)
|
мл.н.с.
|
_______________________
подпись, дата
|
Марков Игорь Александрович
(разделы 2, 3 – анализ литературных данных, подготовка материала)
|
н.с., к.ф.-м.н.
|
_______________________
подпись, дата
|
Мичурин Сергей Владимирович
(раздел 5 – работа с литературой, проведение измерений)
|
ст.н.с., к.ф.-м.н., ст.н.с.
|
_______________________
подпись, дата
|
Рыбалтовский Алексей Ольгердович
(разделы 6, 8 – постановка задачи, анализ и обобщение результатов, подготовка текста отчета)
|
аспирант
|
_______________________
подпись, дата
|
Савон Александр Евгеньевич
(разделы 3, 4 – анализ литературных данных, участие в измерениях)
|
н.с., к.ф.-м.н.
|
_______________________
подпись, дата
|
Спасский Дмитрий Андреевич
(раздел 4 – постановка задачи, анализ и обобщение результатов, проведение измерений)
|
гл. специалист,
к.ф.-м.н.
|
_______________________
подпись, дата
|
Сусов Александр Михайлович
(введение, заключение, подготовка текста отчета , разделы 6, 7 – обобщение и анализ результатов)
|
ст.н.с., к.ф.-м.н., ст.н.с.
|
_______________________
подпись, дата
|
Фёдоров Геннадий Михайлович
(разделы 5, 8 – участие в измерениях, анализ результатов)
|
аспирант
|
_______________________
подпись, дата
|
Чугунова Марина Михайловна
(раздел 1 – анализ литературных данных, подготовка материала)
|
мл.н.с., к.ф.-м.н.
|
_______________________
подпись, дата
|
Шапочкин Григорий Михайлович
(разделы 3, 4 – участие в измерениях, анализ результатов)
|
стажер
|
_______________________
подпись, дата
|
Яковлев Вадим Гаврилович
(раздел 4 – участие в измерениях)
|
нормоконтролер
|
_______________________
подпись, дата
|
Михайлова Лидия Алексеевна
(проверка отчета)
|
Изменения в составе коллектива исполнителей НИР за отчетный период (первый этап 2010 года):
Принят в состав исполнителей контракта (по сравнению с заявкой):
Федоров Г.М. (ст.н.с., к.ф.-м.н., ст.н.с.), дата рождения 18.04.1944
Богатырев И.Б. (выпускник аспирантуры), дата рождения 13.11.1982
Выведены из состава исполнителей проекта (по сравнению с заявкой):
Павлов Ю.В. (ст.н.с., к.ф.-м.н.), в связи с изменением тематики работы;
Пивкин А.Н. (мл.н.с), в связи с изменением тематики работы;
Чекина С.Н. (н.с., к.ф.-м.н.), в связи с изменением тематики работы;
Лякишева И.Б. (аспирант), в связи с окончанием срока обучения в аспирантуре;
Захаров А.С. (аспирант), в связи с изменением тематики работы;
Абрамов Д.В. (студент), в связи с окончанием срока обучения.
Изменения в должности:
Студент Киркин Р.В. поступил в аспирантуру (с 01.03.2010);
Ст.н.с. Каменских И.А. переведена на должность доцента (с 01.06.2010).
РЕФЕРАТ
Отчет 125 с., 8 разделов, 37 подразделов, 31 рис., 2 табл., список литературы из 237 наименований.
Ключевые слова: люминесценция, сцинтилляторы, наноструктурированные материалы, взаимодействие излучения с веществом, лазерная абляция, сенсоры.
Объект исследования – сцинтилляторы, преобразователи ионизирующего излучения, диэлектрические кристаллы, наноструктурированные системы, полимерные материалы с металлоорганическими соединениями, металлические наночастицы, лазерная плазма.
Цель работы
Целью выполнения НИР является проведение исследований взаимодействия синхротронного и лазерного излучения с новыми кристаллическими, аморфными и наноструктурированными материалами по следующим направлениям:
Исследование процессов передачи энергии в сцинтилляторах, используемым в составе детекторов для позитрон-эмиссионной томографии и регистрации новых физических явлений, в частности, иттербий-содержащих сцинтилляторов с люминесценцией из состояний с переносом заряда;
Определение особенностей процессов преобразования энергии ионизирующего излучения (частиц) в световое излучение в оксидных ионно-ковалентных диэлектрических кристаллах молибдатов, которые являются новыми материалами для создания криогенных фонон - сцинтилляционных детекторов редких событий;
Разработка методов управления физико-химическими свойствами прозрачных полимерных материалов путем их модификации с помощью метода сверхкритической флюидной импрегнации и последующего УФ облучения;
Проведение исследований механизмов формирования металлических наночастиц с определёнными параметрами, а также периодических структур из них, в прозрачных диэлектриках, которые могут найти применение при создании сенсорных и других устройств для медицины и биологии;
Построение теории, объясняющей непропорциональность выхода люминесценции сцинтилляторов, и определение связи особенностей электронной структуры с предельным энергетическим разрешением сцинтилляторов;
Исследование процессов при взаимодействии фемтосекундного лазерного излучения в области от ИК до мягкого рентгена с диэлектрическими кристаллами;
Исследование перколяционного механизма формирования наноматериалов при лазерной абляции многокомпонентных мишеней, определение параметров полученных структур и исследование их оптических, транспортных и других физических свойств, с целью направленного изменения параметров и свойств получаемых наноматериалов, разработки методик их исследования и практического применения.
Выполнение НИР должно обеспечивать достижение научных результатов мирового уровня, подготовку и закрепление в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров, формирование эффективных и жизнеспособных научных коллективов.
Методология проведения работы – применение спектроскопических и люминесцентных методов исследования с временным разрешением, спектроскопия с использованием синхротронного излучения, теория кинетических явлений, моделирование методом Монте-Карло, применение лазерного воздействия на вещество, импрегнация полимеров
Результаты работы.
Проведен теоретический анализ влияния рассеяния на спектральные характеристики люминесценции в мелкодисперсных системах. Проведен анализ литературных данных по спетрально-кинетическим исследованиям люминесценции наноразмерного кремния различных морфологий.
Проведен анализ моделей взаимодействия и кинетик релаксации различных типов скоррелированных электронных возбуждений, создаваемых в широкозонных диэлектрических кристаллах с учетом неоднородного распределения возбуждения
Проведен анализ экспериментальных данных и феноменологических моделей, объясняющих непропорциональность энергетического выхода сцинтилляторов на основе нелинейности люминесцентного отклика в треке с неоднородным распределением возбуждений.
Проанализированы литературные данные по кристаллической структуре, электронному строению энергетических зон, спектрам люминесценции и моделям, позволяющим объяснить спектрально-кинетические характеристики широкого ряда кристаллов на основе MoO4 комплекса.
Проанализированы различные методы получения фрактальных наноматериалов методом лазерной абляции многокомпонентных мишеней, помещенных в буферный газ и жидкость.
На основе полученных экспериментальных данных проведён анализ методов и механизмов импрегнации молекул МОС серебра и меди в матрицы искусственного опала и стекла Vycor.
Проведен цикл исследований по вхождению -дикетонатов европия во фторсодержащие полимеры в зависимости от типа лиганда (fod, tta, bta, 1,10-фенантролин). Установлено, что присутствие 1,10-фенантролина в качестве дополнительного лиганда ухудшает растворимость МОС в СКФ и требует изменения параметров импрегнации.
Рассмотрены механизмы формирования наночастиц серебра в полимерных матрицах, импрегнированных молекулами МОС серебра через раствор сверхкритического СО2, при фото- и терморазложении этих молекул.
Все перечисленные выше результаты работ сопоставимы с аналогичными работами, определяющими мировой уровень исследований.
Результаты работы использованы в образовательном процессе в курсах лекций, читаемых на физическом факультете МГУ, при подготовке дипломных работ и кандидатских диссертаций.
По результатам работы опубликовано 6 работ в высокорейтинговых журналах, сделано 11 докладов на международных конференциях и 3 доклада на российских конференциях.
Содержание
Обозначения и сокращения 9
Введение 11
1. Анализ данных по спектрально-кинетическим исследованиям люминесценции в мелкодисперсных системах с нанометровыми размерами кристаллитов 13
2. Анализ моделей взаимодействия элементарных возбуждений при интенсивном фемтосекундном возбуждении диэлектрических кристаллов в области фундаментального поглощения 32
3. Анализ феноменологических моделей, объясняющих непропорциональность энергетического выхода сцинтилляторов 47
4. Анализ литературных данных о природе центров собственной люминесценции в различных молибдатах 53
5. Анализ различных методов изготовления фрактальных наноматериалов при лазерной абляции многокомпонентных мишеней 75
6. Анализ методов импрегнации металлоорганических соединений меди и серебра в нанопористые матрицы 85
7. Анализ спектроскопических исследований по вхождению различных МОС во фторсодержащие полимеры в зависимости от типа лиганда 91
8. Анализ механизмов образования наночастиц серебра в полимерах 99
Заключение 104
Литература 107
|
