Уникальный ускорительный комплекс БФУ им. И. Канта позволяет изучать ядерные реакции и проводить эксперименты в области материаловедения

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.

 

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.