Ученые БФУ им. И. Канта успешно завершили отладку и точную настройку
ускорительного комплекса на базе генератора Ван де Граафа. Ранее
установка была успешно запущена и первые тесты продемонстрировали ее
работоспособность.
Для получения новых и достоверных экспериментальных данных научный коллектив сектора ионно-пучковых технологий НОЦ «Функциональные наноматериалы» БФУ им. И. Канта под руководством Дмитрия Ефимова
довел энергию и ток до значений, позволяющих проводить эксперименты в
интересах физики и материаловедения. В частности, теперь доступна
энергия заряженных частиц (это могут быть протоны или ионы многих
элементов тяжелее водорода) до 2 МэВ, то есть два миллиона
электрон-вольт. Эта энергия позволит исследователям изучать ядерные
реакции.
«Это новый уровень сложности и технологий – ускорители протонов и
ионов. То, что невозможно на электронных пучках, можно реализовать на
пучках протонов и ионов. В частности, можно изучать многие
низкопороговые ядерные реакции, рождать вторичные пучки нейтронов и т.д.
При помощи ионов можно модифицировать материалы, проводить измерения их
свойств на основе спектроскопических методик и многое другое», —
рассказал руководитель НОЦ «Функциональные материалы» БФУ им. И.
Канта Александр Гойхман.
По словам ученого, крайне сложно в мире науки найти вуз с действующим ускорителем протонов и ионов: «Только в Обнинском ФЭИ (Государственном научном центре Российской
Федерации — Физико-энергетическом институте имени Александра
Лейпунского), входящем в научный дивизион Госкорпорации «Росатом» с 2015
года успешно работает ускоритель на основе Тандентрона. Кроме того,
несколькими ускорителями такого типа обладают исследовательские центры
Ростеха. Благодаря научно-техническому достижению БФУ им. И. Канта попал
в одну лигу с крупнейшими университетами и с ведущими научными
центрами. И с недавних пор и в Калининграде стало возможным проводить
работы в области ядерно-физических методик и технологий».
Отметим, исследовательские работы в БФУ им. И. Канта ведутся без
применения реакторных, надкритических установок и делящихся элементов.
Это означает отсутствие риска радиационных аварий и сопутствующих
проблем, связанных с защитой охраной объекта и ядерных материалов,
организацией специальной системы доступа на объект. Излучение заряженных
частиц или нейтральных нейтронов, генерируемых мишенями, легко
«выключить» просто уменьшив ток ускорителя до нуля.
Ускоритель позволит проводить практикумы для студентов и школьников в
рамках естественнонаучных и инженерно-технических профилей подготовки. А
именно — демонстрировать системы и принципы работы инжекторов ионов,
укорителя прямого действия, мощного магнита-расщепителя, систем
фокусировки и мониторинга пучков, работы большой вакуумной установки и
системы электропитания большой мощности.
Александр Гойхман: «Разумеется, сектор ионно-пучковых технологий в НОЦ «Функциональные
наноматериалы» нацелен не только на вклад в образовательные программы,
но и на проведение научных исследований — использование пучков в
интересах технологий и приложений. Первым шагом на этом пути является
запуск в регулярную эксплуатацию спектрометра резерфордовского обратного
рассеяния (RBS). Спектроскопия позволяет получать информацию о
химическом составе кристалличности образца как функции расстояния от
поверхности образца (глубины), а также о структуре поверхности
монокристаллического образца. Но главное — RBS позволяет детектировать
наличие определенного атома в образце на определенной глубине под
поверхностью, даже если концентрация этих атомов составляет одну долю на
триллион и ниже. Кроме этого, это поможет довольно точно измерять эту
долю, т.е. методика является количественной и ценной для физики, химии,
материаловедения, электроники и электронной промышленности, экологии и
т.д. Аналитические возможности RBS впечатляют – разрешение элементного
анализа по глубине может составлять десятки ангстрем, то есть менее
одной миллионной доли сантиметра».
Именно этот метод – измерение рассеяния ядер на ядрах (альфа частиц на
ядрах разных мишеней) — использовал отец-основатель ядерной физики Лорд
Эрнест Резерфорд для совершения революции в науке – доказательства
наличия ядер в атомах и дальнейшего прогресса в изучении структуры на
субатомных масштабах. RBS - это экспериментальная реализация знаменитого
результата Нобелевского уровня, ставшая рабочим инструментом для ученых
и инженеров.
На рисунке показан первый спектр RBS, полученный в БФУ им. И. Канта на образце тонкой пленки оксида висмута,
выращенной на кремниевой подложке (красным) и его моделирование структурой Bi2O4 (250 nm) // Si.
Научный коллектив сектора ионно-пучковых технологий НОЦ «Функциональные
наноматериалы» БФУ им. И. Канта не намерен останавливаться на
достигнутом. Перед учеными стоят новые задачи — запуск установок на
прочих пучках ускорительного комплекса, освоение новых методик и
генерация вторичных частиц.
Параметры ускорителя приведены на странице Центра. Центр открыт для сотрудничества и проведения измерений по заказам научных групп и инженерных компаний.
Источник: Официальный сайт БФУ им. И. Канта