Адрес: ул. Королёва, 2а, корп.4, к.215 Руководитель – Кубанкин Александр Сергеевич, доктор физико-математических наук, профессор кафедры теоретической и математической физики

Объявления и события

• Основные направления исследований ЛРФ
• Тематика проводимых исследований
• Сотрудничество
• Международные проекты
• Научно-образовательная деятельность
• Конкурсы и гранты

Лаборатория радиационной физики (ЛРФ) возникла в 1995 году как неформальное объединение физиков. Основателем и руководителем был Насонов Николай Николаевич, доктор физико-математических наук, профессор. В настоящее время ЛРФ объединяет интеллектуальные, материальные и организационные ресурсы коллаборации НИИ ядерной физики им. Д.В. Скобельцына при МГУ им. М.В.Ломоносова, Физического института им П.Н.Лебедева РАН, и БелГУ.

Основные направления исследований ЛРФ

1. Фундаментальные процессы взаимодействия частиц и фотонов высокой энергии с конденсированным веществом.
2. Новые методы диагностики атомной структуры частично упорядоченных веществ и нанообъектов.
3. Разработка эффективных источников рентгеновского излучения, основанных на когерентном излучении быстрых электронов в веществе.

За истекший период сотрудниками ЛРФ, ведущими теоретические и экспериментальные исследования в рамках обсуждаемого направления, получены следующие основные результаты:

– Теоретически предсказан и экспериментально обнаружен аномальный эффект Тер-Микаэляна в тормозном излучении релятивистских электронов в тонком слое вещества, заключающийся в локальном подавлении выхода излучения в области малых энергий излучаемых квантов. На основе развитой теории, в рамках которой впервые удалось разделить амплитуды тормозного и переходного механизмов излучения, показано, что возникающий в спектре полного излучения «провал» (нормальный эффект Тер-Микаэляна, реализующийся в толстой мишени, приводит к полному подавлению выхода излучения в области малых энергий квантов) обусловлен интерференцией указанных механизмов излучения. Эксперимент выполнен на ускорителе электронов ЛУЭ-300 Харьковского физико-технического института совместно с харьковскими физиками. Основные участники исследований: С.В. Блажевич, Н.Н. Насонов.

– Теоретически предсказан и экспериментально обнаружен эффект интерференции параметрического и когерентного тормозного излучения релятивистских заряженных частиц в кристалле, приводящий к существенной перестройке спектрально-угловых и поляризационных характеристик результирующего излучения, зависящей от знака заряда излучающей частицы. Эксперимент выполнен на ускорителе электронов ЛУЭ-40 Харьковского физико-технического института совместно с харьковскими физиками. Основные участники исследований: С.В. Блажевич, Н.Н. Насонов.

– Теоретически предсказан и экспериментально обнаружен эффект возникновения когерентных пиков в спектре поляризационного тормозного излучения (ПТИ) релятивистских электронов, движущихся в поликристаллической мишени. Природа обсуждаемых пиков, обусловленных брэгговским рассеянием кулоновского поля быстрого электрона отдельными микрокристаллитами, составляющими поликристалл, аналогична природе пиков Дебая-Шеррера в физике рассеяния свободных рентгеновских лучей в порошках. Выполненное впервые детальное сравнение экспериментальных данных с теоретическими предсказаниями показало адекватность развитой модели коллективного ПТИ в конденсированном веществе, что открывает возможность создания нового метода диагностики атомной структуры твердых тел. Эксперименты выполнены на ускорителях НИИ ЯФ МГУ и ФИАН совместно с московскими физиками. Основные участники исследований: С.В. Блажевич, Н.Н. Насонов, В.И. Сергиенко и В.А. Хабло.

– Развита теория когерентного рентгеновского излучения релятивистских электронов в слоистых наноструктурах. На основе этой теории впервые выполнены совместно с коллегами из НИИ ЯФ ТПУ успешные эксперименты на синхротроне «Сириус» по генерации квазимонохроматического излучения 500 МэВ электронами в таких структурах. Проведенное сравнение полученных экспериментальных данных с теоретическими предсказаниями показало адекватность развитой модели, корректно учитывающей вклады механизмов параметрического и дифрагированного переходного излучения. Основные участники исследований: В.В. Каплин, Н.Н. Насонов, С.Р. Углов и M. Piestrup.

– Теоретически предсказан эффект подавления выхода ПТИ релятивистских электронов в конденсированной аморфной среде в области малых энергий излучаемых квантов. Эффект обусловлен взаимной экранировкой соседних атомов в процессе формирования ПТИ. Теоретически предсказан эффект подавления выхода ПТИ релятивистских электронов в мелкозернистой среде в области высоких энергий излучаемых квантов. Эффект обусловлен подавлением некогерентной составляющей ПТИ вследствие упорядоченности расположения атомов в отдельном кластере, а также сдвигом спектра когерентного излучения в область малых энергий квантов именно за счет когерентности процесса формирования ПТИ на отдельном кластере. Экспериментально обнаружен эффект подавления выхода ПТИ релятивистских электронов в алмазоподобных пленках углерода. Полученные данные не противоречат развитой модели ПТИ в мелкозернистой среде. Эксперимент выполнен на ускорителе НИИ ЯФ МГУ совместно с московскими физиками. Основные участники исследований: С.В. Блажевич, В.К. Гришин и Н.Н. Насонов.

– Развита теория параметрического рентгеновского излучения, в которой разделены амплитуды собственно ПРИ и дифрагированного переходного излучения, что позволяет оценить вклады указанных механизмов излучения, а также выяснить влияние интерференции между ними. На основе развитой теории дана теоретическая интерпретация неожиданных результатов экспериментальных исследований ПРИ 500 МэВ электронов в кристалле вольфрама в геометрии рассеяния Брэгга, выполненных на синхротроне «Сириус» в НИИ ЯФ ТПУ. Количественное сравнение теории с экспериментальными данными показало, что наблюдавшийся в эксперименте существенный рост спектрально-угловой плотности излучения обусловлен вкладом дифрагированного переходного излучения. Основные участники исследований: А.С. Кубанкин, Н.Н. Насонов и Ю.Н. Адищев.

– Теоретически предсказан эффект трансформации черенковского конуса в условиях скользящего падения излучающих электронов на поверхность мишени, позволяющий на порядки увеличить угловую плотность излучения. На основе развитой теории в настоящее время подготавливается ряд экспериментов в ФИАН, НИИ ЯФ МГУ и НИИ ЯФ ТПУ по обнаружению предсказанного эффекта. Основные участники исследований: А.С. Кубанкин, Н.Н. Насонов.

– Экспериментально обнаружен эффект параметрического рентгеновского излучения вдоль скорости движущихся в кристалле вольфрама электронов с энергией 500 МэВ. Эксперимент поставлен на основе специально развитой теории ПРИ вперед, позволившей объяснить причину неудач более чем 20 летних поисков этого принципиально важного для интерпретации параметрического излучения эффекта, а также оптимизировать условия проведения эксперимента. В эксперименте обнаружен неожиданный эффект зависимости формы сигнала (форма спектрального распределения излучения менялась от пика на подложке до провала) от значения брэгговской частоты, в окрестности которой сосредоточен вклад ПРИ. Развитая теория объясняет эффект конкуренцией вкладов ПРИ вперед, реализующегося в виде узкого спектрального пика, и тормозного излучения, в спектральном распределении которого возникает провал в окрестности брэгговской частоты вследствие дифракционных потерь. Эксперимент выполнен на синхротроне НИИ ЯФ ТПУ «Сириус» совместно с томскими физиками. Основные участники исследований: И.Е. Внуков, Е.А. Богомазова, А.Н. Балдин, А.С. Кубанкин, Н.Н. Насонов.

– Выявлена и успешно разрабатывается новая область исследований в физике параметрического рентгеновского излучения релятивистских электронов в периодических средах – параметрическое излучение в условиях проявления черенковского эффекта. Показан существенный рост влияния эффектов динамической дифракции на ПРИ в рассматриваемых условиях, что обусловлено одинаковым законом дисперсии для первичного черенковского фотона и вторичного фотона ПРИ. Основные участники исследований: П.Н. Жукова, Н.Н. Насонов.

– Предсказан эффект дисперсионного подавления параметрического излучения вперед в геометрии рассеяния Брэгга. Показано, что обсуждаемый эффект обусловлен антипараллельностью фазовой и групповой скоростей возбуждаемой волны, благодаря чему направление распространения энергии излучения противоположно скорости излучающего электрона. Данный эффект, проявляющийся вдали от края фотопоглощения материала мишени, может быть подавлен, как показано в проведенных исследованиях, в окрестности края поглощения вследствие сильной дисперсии диэлектрической проницаемости мишени. Основные участники исследований: А.В. Носков, П.Н. Жукова, Н.Н. Насонов.

– Развита теория параметрического рентгеновского излучения нерелятивистских электронов в слоистых наноструктурах. Показано, что интенсивность источника рентгеновского излучения, основанного на обсуждаемом механизме, может достигать величины, сравнимой с интенсивностью ПРИ релятивистских электронов в кристалле. При этом ток нерелятивистского пучка электронов может на много порядков превышать ток релятивистских пучков, что позволяет рассчитывать на создание уникального по интенсивности, а также простоте и дешевизне источника квазимонохроматических фотонов в области вакуумного ультрафиолета. Основные участники исследований: П.Н. Жукова, А.С. Кубанкин и Н.Н. Насонов.

– Предсказан эффект резкого усиления выхода параметрического рентгеновского излучения при скользящем падении релятивистских электронов на поверхность кристалла в условиях несимметричной дифракции. Эффект возникает за счет увеличения в рассматриваемых условиях длины эффективного пути излучающего электрона в поглощающем кристалле, на котором происходит формирование фотонов, способных покинуть мишень. Основные участники исследований: П.Н. Жукова, Н.Н. Насонов.

– Предсказан аномальный эффект плотности в поляризационном тормозном излучении релятивистских электронов в твердотельных мишенях, имеющих поликристаллическую структуру. Показано, что подавление выхода ПТИ в рассматриваемом случае может составлять величину порядка сотен процентов в отличие от случая аморфной мишени, когда аналогичный эффект уменьшает выход на единицы процентов. Причина резкого увеличения влияния эффекта плотности заключается в когерентном характере ПТИ в поликристалле, благодаря которому излучаемый фотон формируется в большом объеме мишени, что приводит к росту зависимости выхода от экранирования равновесного поля излучающего заряда поляризующейся средой. Основные участники исследований: А.В. Астапенко, П.Н. Жукова, Н.Н. Насонов.

– Предсказан эффект резкого усиления рефлекса когерентного ПТИ в поликристалле в направлении строго назад (амплитуда спектрально-углового распределения увеличивается в десятки раз). Показано, что эффект имеет геометрическую природу и обусловлен увеличением в рассматриваемых условиях числа микрокристаллитов, попадающих в область брэгговского резонанса относительно направления скорости излучающего электрона. Основные участники исследований: В.А. Астапенко, П.Н. Жукова, Н.Н. Насонов.

– Развита теория когерентного тормозного излучения типа Б релятивистских электронов в условиях некоррелированных столкновений электронов с цепочками атомов и внеосевой коллимации излучения. Показано, что в рассматриваемых условиях возможна генерация жестких фотонов с высокой степенью линейной поляризации. При этом выход излучения остается достаточно большим. Получено аналитическое описание эффекта подавления выхода низкочастотной составляющей спектра дипольного когерентного тормозного излучения релятивистских электронов на атомной цепочке вследствие насыщения угла многократного азимутального рассеяния излучающих электронов на цепочках атомов. Исследовано одновременное проявление указанного эффекта и эффекта Ландау-Померанчука-Мигдала в когерентном тормозном излучении релятивистских электронов на атомных цепочках. Показано, что форма спектра излучения в общем случае может существенно отличаться от следующей из раздельных теорий обсуждаемых эффектов подавления. Основные участники исследований: П.Н. Жукова, А.С. Кубанкин, Н.Н. Насонов.

В 2015 г. в НИУ «БелГУ» на базе функционирующей с 1995 года Лаборатории радиационной физики создана Международная научно-образовательная лаборатория радиационной физики (совместно с Национальной политехнической школой Эквадора). Деятельность лаборатории направлена на проведение теоретических и экспериментальных исследований по изучению процессов взаимодействия ускоренных заряженных частиц и рентгеновского излучения с веществом, а также широкого спектра смежных исследований. Обозначенная тематика исследований для коллектива сотрудников НИУ «БелГУ» не является новой, это результат длительного сотрудничества в области проведения совместных исследований с Физическим институтом им. П.Н Лебедева, Институтом физики высоких энергий НИЦ «Курчатовский институт» и НИИ ядерной физики им. Д.В. Скобельцына при МГУ. В настоящее время сотрудники лаборатории проводят исследования в составе международной коллаборации ученых уникального проекта по поиску тесной материи Dark Side (под патронажем Национальной лаборатории Гран-Сассо (Италия) и Принстонского университета (США)), участником которого НИУ «БелГУ» является с 2015 г. Очевидно, что такое обширное сотрудничество требует привлечения множества специалистов, поэтому на базе международной лаборатории радиационной физики создано студенческое конструкторское бюро, где все желающие могут получить необходимые навыки работы в области экспериментальной радиационной физики и далее продолжить свою научную деятельность уже в рамках крупных российских и зарубежных проектов. Кроме того в университете созданы и успешно работают лаборатории, возглавляемые зарубежными учеными (гражданами Украины) – НИЛ прикладного системного анализа и информационных технологий, НИЛ фундаментальных исследований и практического приложения аморфного состояния вещества.

В целях сближения университетской и академической науки, расширения совместных работ и использования кадровых и материальных возможностей сторон, приобретения практических навыков исследовательского труда студентами и аспирантами в НИУ «БелГУ» совместно с Физическим институтом им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) в 2014 году была создана совместная лаборатория – Лаборатория радиационных процессов в конденсированных веществах (ЛРПКВ). Создание данной лаборатории стало возможно благодаря многолетнему сотрудничеству Лаборатории радиационной физики НИУ «БелГУ» с Лабораторией ускорительных устройств Отдела физики высоких энергий ФИАН. Сотрудничество зародилось в начале 2000 годов в совместных работах по исследованию когерентных механизмов генерации рентгеновского излучения релятивистскими электронами. Теорию исследуемых процессов развивал зав. кафедрой теоретической физики, а затем и зав. Лабораторией радиационных процессов БелГУ д.ф.-м.н. Насонов Н.Н. с сотрудниками. В лабораториях имеются все условия для проведения исследований в области радиационной физики, что позволяет развивать тематику радиационных исследований в университете при поддержке ведущих специалистов ФИАН.

Тематика проводимых исследований

• Исследование радиационных процессов при взаимодействии быстрых электронов, протонов и ионов с веществом (энергия электронов 10 кэВ – 1 ГэВ; протонов 2 МэВ – 70 ГэВ; ионов 0.3 – 25 ГэВ/нуклон), разработка на основе результатов исследований новых источников излучения и методов исследования конденсированных сред.
• Исследование новых возможностей управления пучками заряженных частиц на основе бесконтактного взаимодействия пучков заряженных частиц с диэлектрическими системами.
• Исследование и разработка новых малогабаритных источников ионизирующих излучений для прикладного использования на основе пироэлектрических материалов.

Сотрудничество

• Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН);
• Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д. В. Скобельцына Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (НИИ ЯФ МГУ);
• Институт физики высоких энергий (ИФВЭ) НИЦ «Курчатовский институт»;
• Национальный исследовательский Томский политехнический университет;
• Московский физико-технический институт (государственный университет) (МФТИ);
• Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт» (ННЦ ХФТИ).

Международные проекты

Проект DarkSide, направленный на поиск частиц тёмной материи. В проекте участвуют научные организации из Италии, США и России (всего более 50 организаций), среди которых такие, как Национальный институт ядерной физики Италии, Принстонский университет, Чикагский университет, Национальная ускорительная лаборатория им. Энрико Ферми. Исследования проводятся в подземной национальной лаборатории Гран-Са́ссо (LNGS), являющейся одной из четырёх лабораторий итальянского Национального института ядерной физики Италии (INFN).

Совместная «зеркальная» лаборатория с Национальной политехнической школой Эквадора по изучению радиационных процессов, реализующихся при взаимодействии пучков ускоренных электронов с веществом. Совместный проект с Институтом ускорительной физики Джона Адамса (Великобритания) по разработке новых источников быстрых заряженных частиц и миниатюрных ускорителей на основе пироэлектрических систем.

Научно-образовательная деятельность

В ЛРФ и ЛРПКВ проводят научные исследования студенты, магистранты и аспиранты, для чего постоянно организуются командировки в научно-исследовательские организации России. С 2004 по 2015 г. защищено две докторских и 5 кандидатских диссертации, 25 студенческих и 3 магистерских диплома. В настоящее время выполняют исследования 7 аспирантов, один магистрант и 5 бакалавров. Также на основе лабораторий создано Студенческое конструкторское бюро, специализирующееся на разработке приборов и устройств для физического эксперимента.

Конкурсы и гранты

Исследования, проводимые сотрудниками лабораторий, финансируются различными фондами и программами со средним размером около 10 млн. руб. в год, что позволяет осуществлять финансовую поддержку молодых специалистов и успешно проводить исследования в ведущих научно-исследовательских центрах России и зарубежья.

Информацию предоставил А.С.Кубанкин 28.03.2016

Назад в раздел