Физика взаимодействия быстрых частиц и излучения с веществом

Руководитель направления:	Кубанкин Александр Сергеевич
Ведущие ученые в данной области:	Кубанкин А.С., Вохмянина К.А., Кищин И.А., Олейник А.Н.
Код ГРНТИ:	29.15.35; 29.29.25

Образовательное структурное подразделение: Институт инженерных и цифровых технологий.

Структурное подразделение: Международная научно-образовательная лаборатория радиационной физики/ научно-образовательная лаборатория перспективных радиационных исследований и технологий.

Состав (с указанием руководителя):

1. Руководитель, в.н.с. Кубанкин Александр Сергеевич.

2. старший научный сотрудник, Олейник А. Н.

3. старший научный сотрудник, Тищенко А. А.

4. старший научный сотрудник, Чепурнов А. С.

5. старший научный сотрудник, Гоголев А. С.

6. старший научный сотрудник, Вохмянина К. А.

7. старший научный сотрудник, Сотникова В. С.

8. старший научный сотрудник, Сергеева Д. Ю.

9. старший научный сотрудник, Кищин И. А.

10. младший научный сотрудник, Пономаренко А. А.

11. младший научный сотрудник, Кленин А. А.

12. младший научный сотрудник, Субботин А. В.

13. младший научный сотрудник, Кубанкина А. А.

14. младший научный сотрудник, Савченко А.А.

15. лаборант-исследователь, Гильц М. Э.

16. лаборант-исследователь, Киданова Е. Ю.

17. лаборант-исследователь, Шевчук О.Ю.

18. лаборант-исследователь, Пятигор А. Д.

19. техник-проектировщик, Киданов Е. Ю.

Актуальность научного направления.

Обсуждаемое направление объединяет исследования, ведущиеся во многих фундаментальных и прикладных областях физики: детектирование частиц в физике высоких энергий, лучевые методы медицинской диагностики и терапии, радиационные методы переработки и хранения сельскохозяйственной продукции, экспериментальные методы физики твердого тела и биологии и т.д.

Международной научно – образовательной лабораторией радиационной физики (МНОЛ РФ) проводятся теоретические и экспериментальные исследования, сосредоточенные, главным образом, в трех областях: изучение фундаментальных радиационных процессов в веществе, развитие энергодисперсионных методов рентгенодиагностики атомной структуры вещества, разработка новых источников квазимонохроматического рентгеновского излучения. Исследования осуществляются в ведущих научных организациях РФ: Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, НИЦ «Курчатовский институт», НИИ Ядерной физики им. Д.В. Скобельцына при МГУ им. М.В. Ломоносова, а также за ее пределами: Европейская организация по ядерным исследованиям (CERN), Немецкий Электронный Синхротрон (DESY), Национальная лаборатория Гран-Сассо (LNGS) Национального института ядерной физики Италии (INFN), Институт ускорительной физики им. Дж. Адамса (Великобритания).

Направления исследований:

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.

4. Исследования механизмов взаимодействия электронов с диэлектрическими поверхностями.

5. Разработка компактных маломощных источников рентгеновского излучения на основе пироэлектрического эффекта.

Основные публикации (за последние 5 лет):

1. M. A. Kirsanov, S. G. Klimanov, I. V. Nazarov, A. S. Chepurnov, A. S. Kubankin Separation of signals from neutrons and gamma quanta by the method of normalized signals/ Journal of Physics: Conference Series1690 (2020) 012057 10.1088/1742-6596/1690/1/012057

2. 2V.I. Alekseev, A.N. Eliseyev, E. Irribarra, I.A. Kishin, A.S. Klyuev, A.S. Kubankin, R.M. Nazhmudinova, S.V. Trofymenkod Diffraction of virtual and real photons/ Journal of Instrumentation. 2020. V.15 10.1088/1748-0221/15/03/C03009

3. W. Wagner, A.A. Savchenkoa, B. Azadegand Simulation of positron spectra of hybrid positron source // JINST. 2020. V.15 10.1088/1748-0221/15/06/C06006

4. S. A. Bogachev,A. G. Kharlamov,I. A. Kishin,A. S. Kubankin,S. N. Mayburov,V. I. Tsekhosh Search of x-ray solar activity correlations with ⁵⁵Fe, ⁶⁰Co nucleus decay rates/ Journal of Physics: Conference Series.2020 V. 1690, Iss. 1, 16, № 012028 10.1088/1742-6596/1690/1/012028

5. S.V. Trofymenko,R.M. Nazhmudinov,A.V. Shchagin,A.S. Kubankin,A.P. Potylitsyn,A.S. Gogolev,N.A. Filatov,G. Kube, N.A. Potylitsina-Kube,M. Stanitzki,R. Diener, A. Novokshonov Formation region effects in x-ray transition radiation from 1 to 6 GeV electrons in multilayer targets/ Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section B. 2020 V. 476, 1 Pages 44-51 10.1016/j.nimb.2020.04.033

6. K.A. Vokhmyanina, A.S. Kubankin,L.V. Myshelovka,H. Zhang,A.A. Kaplii,V.S. Sotnikova,M.A. Zhukova Transport of accelerated electrons through dielectric nanochannels in PET films/ Journal of Instrumentation.2020. V. 15, Issue 4, № C04003 10.1088/1748-0221/15/04/C04003

7. V. Sudzhanskaya,Yu. S. Nekrasova,A. S. Gogolev Manufacture, structure and electrophysical properties of YSZ/SrTixZr1-xO3 solid solution/ Ceramics International. 2020 V. 46, Issue 18, Pages 28120-28124 10.1016/j.ceramint.2020/07/308

8. R. Nazhmudinov, A. Shchagin, S. Trofymeko, I. Kishin, A. Kubankin, A. Potylitsyn, A. Gogolev, N. Filatov, G. Kube, N. potylitsina-kube, M. Stanitzki, A. Novokshonov K-shell ionization cross section of Ti and Cu atoms by 1 and 2 GeV electrons/ Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics. Accepted Manuscript online 7 January 2021 https://doi.org/10.1088/1361-6455/abd961.

9. D. Sergeeva, A. Aryshev,A. Tishchenko,K.Popov,Nobuhiro Terunuma, Junji Urakawa Terahertz Smith-Purcell and grating transition radiation from metasurface: experiment and theory / Optics Letters. Vol. 46, Issue 3, pp. 544-547 (2021) https://doi.org/10.1364/OL.416842

10. D. I. Garaev, D. Yu. Sergeeva, A. A. Tishchenko Theory of Smith-Purcell radiation from 2D array of small non-interacting particles/ Physical Review B. Accepted11 January 2021 https://journals.aps.org/prb/accepted/10076O36K1f1ed3b57ed16f0faffbc59c35d4ff46

11. K. A. Vokhmyaninaa, L. V. Myshelovka, D. A. Kolesnikov, V. S. Sotnikova, A. A. Kaplii, A. S. Kubankin, P. N. Zhukova, and V. Yu. Ionidi Passage of 10-keV Electrons through a bundle of Dielectric Channels/ Pis’ma v Zhurnal Tekhnicheskoi Fiziki (Technical Physics Letters) published in Pis’ma v Zhurnal Tekhnicheskoi Fiziki, 2021, Vol. 47, No. 1, pp. 35–38 (published in Technical Physics Letters 2021, Vol. 47, No. 1, pp. 31–34.) 10.1134/S10 63785021010132

12. О. О. Иващук, А. В. Щагин, А. С. Кубанкин, А. А. Кленин, А. Н. Олейник, Ю. В. Григорьев, А. С. Кумсков, Е. В. Болотов Генерация рентгеновского излучения при работе пьезоэлектрической зажигалки в вакууме (Х-rays generation at operation of the piezoelectric lighter in vacuum) Стекло и керамика (Glass and Ceramics). 2020. № 12 стр. 34-38

13. Zakhvalinskii, V.S., Nikulicheva, T.B., Pilyuk, E.A., Kubankin, A.S., Ivanov, O.N., Morocho, A.A. Calculation of the band structure and density of localized states of materials of the quasi-binary system Zn3As2–Mn3As2 // Solid State Communications. – 2021. – Vol. 328. doi: 10.1016/j.ssc.2021.114237

14. Zakhvalinskii, V.S., Nikulicheva, T.B., Kochura A.V., Lahderanta E., Shakhov M., Kubankin A.S., Sukhov M., Yaprintsev M.N. and Morocho A.A. Mixed conductivity analysis of single crystals of α‴-(Cd1−x Znx)3As2 (x = 0.45) // AIP Advances. – 2021. – Vol.11. – Iss.3. – P. 035028 (6). doi: 10.1063/5.0038477;

15. Dalkarov, O.D., Negodaev, M.A., Rusetskii, A.S. Kirsanov, M.A., Kubankin A.S., Kishin, I.A., Klenin, A.A., Nazhmudinov, R.M. Investigation of Neutron Generation upon Irradiation of Deuterated Crystalline Structures with an Electron Beam // Phys. Atom. Nuclei. – 2021. – Vol.84. – No.2. – P. 109–114. doi:10.1134/S106377882102006X

16. Alekseev, V.I., Eliseev, A.N., Kishin, I.A. Klyuev, A.S., Kubankin A.S., Nazhmudinov, R.M. Effect of the Grain Size of Powder Targets on the Spectra of Parametric X-Ray Radiation of Relativistic Electrons // Bulletin of the Lebedev Physics Institute. – 2021. – Vol.48. – No.2. – P.35–40. doi:10.3103/S1068335621020056

17. Oleinik, A.N., Bolotov, E.V., Gilts, M.E., Ivashchuk, O.O., Klenin, A.A. Kubankin, A.S. and Shchagin A.V. Dependence of the Endpoint Energy of X-Ray Radiation on the Preliminary Temperature Change during the Pyroelectric Source Operation in the Pulsed Mode // Bulletin of the Lebedev Physics Institute. – 2021. – Vol.48. – No.5. –P.127–130 doi:10.3103/S1068335621050079

18. Ivashchuk, O.O., Shchagin, A.V., Kubankin, A.S., Bolotov, E.V., Miroshnik, V.S., Volkov V.I., Grigoriev Yu.V. Ion generation by tungsten filament for pyroelectric pulsed accelerator // Voprosy Atomnoj Nauki i Tekhniki. – 2021. –No4(134). – P.82-84 doi:10.46813/2021-134-082

19. Vokhmyanina K.A., Myshelovka L.V., Sotnikova V.S., Kubankina A.A., Pyatigor A.D., Kubankin A.S., Grigoriev Y.V. A Study of the Transmission of 10-keV Electrons through a Ceramic Macrochannel // Technical Physics Letters. – 2021. – Vol.47. – No.16. – P.51–54 doi: 10.1134/S1063785021080289

20. The DarkSide-20k collaboration, Calibration of the liquid argon ionization response to low energy electronic and nuclear recoils with DarkSide-50 //Physical Review D. – 2021. – Vol.104. – No.815 doi: 10.1103/PhysRevD.104.082005

21. Ivashchuk, O.O., Shchagin, A.V., Kubankin, A.S., Kishin, I.A., Oleinik, A.N., Grigorjev, Yu.V., Gilts, M.E., Alexeyev, V.I., Eliseyev, A.N. Investigation of the dependence of end-point bremsstrahlung energy on the residual gas pressure during the operation of a pyroelectric source in vacuum // Bulletin of the Lebedev Physics Institute»

22. Savchenko, A.A. and Wagner, W. New module for channeling radiation simulation in Geant4 // Journal of Instrumentation. – 2021. – Vol.16. doi: 10.1088/1748-0221/16/12/P12042

23. Nazhmudinov, R.M., Shchagin, A.V., Kubankin, A.S., Afonin, A.G., Britvich, G.I., Durum, A.A., Kostin, M.Yu., Maisheev, V.A., Pitalev, V.I., Chesnokov, Yu.A., Yanovich A.A. Measurement of ionization loss of 50-GeV protons in silicon with smoothly tunable up to 1 cm thickness using a single flat detector // Journal of Instrumentation. – 2022. – Vol.17 doi:10.1088/1748-0221/17/01/P01015

24. Pyatigor, A.D., Myshelovka, L.V., Vokhmyanina, K.A., Sotnikova, V.S., Kubankina, A.A., Grigoriev Yu.V. «Study of the passage of electrons with energy of 12-15 keV through glass tapered capillaies» doi:10.14489/glc.2022.02

25. Вохмянина К.А., Мышеловка Л.В., Пятигор А.Д., Сотникова В.С., Новиков В.Ю., Григорьев Ю.В. Эффект управления пучком быстрых электронов с помощью керамического канала // Поверхность. Рентгеновские, синхронные и нейтронные исследования. – 2022. – № 3. – С. 60-65. (//Journal of Surface Investigation.X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. – 2022. – V.16. – №2) doi: 10.31857/S1028096022030220

26. Alekseev V.I. Eliseev A.N. Ivashchuk, О.О. Kishin I. Kubankin, А.S. Oleinik, А.N., Sotnikova V.S. Chepurnov A.S. Grigoriev Y.V.Shchagin, А.V. Pyroelectric deflector of relativistic electron beam// Chinese Journal of Physics. – 2022. – Vol. 77. – P. 2298-2306. doi: 10.1016/j.cjph.2021.08.031;

27. Nazhmudinov R.M., Kubankin A.S., Oleinik A.N., Klenin A.A. Observation of X-rays during heating a pyroelectric crystal by an infrared laser // Journal of Physics: Conference Series. – 2022. – Vol.2238. – Iss.120. doi: 10.1088/1742-6596/2238/1/012001;

28. Myshelovka L.V.;Vokhmyanina K.A., Sotnikova V.S., Kubankina A.A., Pyatigor A.D. Kishchin I.A., Grigoriev Y.V. 10-keV Electrons Transmission through a Set of Dielectric Macrochannels // Bulletin of the Lebedev Physics Institute. – 2022. – Vol.49. – No.3. – P. 83–87. doi: 10.3103/S1068335622030046;

29. Ivashchuk O.O. Shchagin A.V. Kubankin A.S. Kishin I.A. Oleinik A.N. Grigor’ev, Yu. V. Gilts M.E. Alekseev V.I. Eliseev A.N. Pyroelectric Technologies, Their Applications, and Prospects for Development// Physics of Atomic Nuclei. – 2021. – Vol.84. – No.9. – P.1593–1599. doi: 10.1134/S1063778821090180

30. Sudzhanskaya, Nekrasova Y. and Kubankin A. Effect of the composition of the ceramics (MCeMgSr) O2-δ (M = Y, Sm) on the microstructure, mechanical and electrical properties for solid electrolyte. Crystals. – 2022. – Vol.12. –1198 doi: https://doi.org/10.3390/cryst12091198

31. Alekseev V.I., Eliseyev A.N., Irribarra E., Kishin I.A, Kubankin A.S., Nazhmudinov R.M., Sotnikova V.S., Yapryntsev M.N., Ivanshuk I.O. Parametric X-ray radiation from nanopowders //Radiation Physics and Chemistry. – 2023. – Vol.202. – 110497 doi: 10.1016/j.radphyschem.2022.110497

32. Oleinik А., Gilts M., Karataev P., Klenin A. and Kubankin A. Peculiarities of the pyroelectric current generated using a LiNbO3 single crystal driven by low-frequency sinusoidal temperature variation // J. Appl. Phys. – 2022. – Vol.132. –204101 doi: https://doi.org/10.1063/5.0124599

33. Kishin I.A., Dronik V.I., Kubankin A.S., Nazhmudinov R.M. and Sotnikova V.S. Geant4 Simulation of the Effect of Cherenkov Radiation Cone Transformation in the X-ray Region // Bulletin of the Lebedev Physics Institute. – 2022. – Vol.49. – No.10. – P.322–328. doi: 10.3103/S1068335622100037

34. Nazhmudinov R.M. Kubankina A.A. Kishin I.A. Kubankin A.S. Bolotov E.V. System for Measuring the Spatial Characteristics of Ionizing-Radiation Beams Based on an X-Ray Fluorescent Wire Scanner // Journal of Surface Investigation. – 2022. – Vol.16. – No.5. – P.698–701. doi: 10.1134/S1027451022050123

35. Sudzhanskaya I.V., Vasil’ev A.E., Yapryntsev M.N., Nekrasova Yu.S., and Oleinik A.N. Ce0.8Y0.2O2–d — effect of production method on structure and electrophysical properties // Glass and Ceramics. – 2022. – Vol.79. – No.7-8. doi: 10.1007/s10717-022-00507-z

36. Sergeeva D.Yu., Garaev D.I., Tishchenko A.A. Polarized grating transition radiation from a 2D photonic crystal // Journal of the Optical Society of America B. – 2022. – Vol.39. – No.12. doi: https://doi.org/10.1364/JOSAB.471124

37. Hangkun Xu, Abusleme A., Anfimov N.V. Calibration strategy of the JUNO-TAO experiment// Eur. Phys. J. C. – 2022. – Vol.82. – No.12. – 1112 doi: https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-022-11069-3

38. Кищин И.А., Киданова Е.Ю., Кубанкин А.С., Нажмудинов Р.М., Сотникова В.С., Алексеев В.И., Елисеев А.Н. Генерация параметрического рентгеновского излучения из ультрадисперсного порошка жженой магнезии// Краткие сообщения по физике ФИАН. – 2022. – Т.12. (Kishin I.A., Kidanova E.Yu., Kubankin A. S., Nazhmudinov R.M., Sotnikova V.S., Alekseev V.I., Eliseev A.N. Generation of Parametric X-ray Radiation From Ultrafine Powder of Burnt Magnesia// Bulletin of the Lebedev Physics Institute. – 2022. – Vol.49. – No.12. – P. 401–406.) doi: 10.3103/S106833562212003X

39. Agnes P., et al. (DarkSide-50 Collaboration), Search for dark matter particle interactions with electron final states with DarkSide-50 // https://arxiv.org/abs/2207.11968. doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2207.11968.

Основные проекты/ Грантовая активность и хоздоговора (за последние 5 лет):

1. РФФИ №18-02-40051 «Разработка алгоритмов калибровки, мэтчинга и идентификации заряженных частиц и ядерных фрагментов во времяпролетной системе эксперимента MPD/NICA» 08.02.2019 - 29.01.2022 (рук. Вохмянина К. А.).

2. Гос. задание № FZWG-2020-0032 (рук. Кубанкин А. С.) «Исследование новых эффектов в процессах взаимодействия ускоренных заряженных частиц с веществом»01.01.2020 - 31.12.2024

3. Грант Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых № МД-5748.2018.2 (рук. Кубанкин А. С.) «Исследование когерентных механизмов генерации электромагнитного излучения при взаимодействии ускоренных электронов с периодическими структурами высокой электронной плотности» 01.01.2018 - 31.12.2019

4. Договор№1 на выполнение НИиОКР «Исследование импульсной генерации рентгеновского излучения в следствие пьезоэлектрического эффекта в вакууме» 18.02.2021- 17.05.2021

5. Договор№2 на выполнение НИиОКР «Исследование и анализ зависимости спектральных характеристик рентгеновского излучения, генерирующегося в импульсном режиме при пьезоэлектрическом эффекте в вакууме, от давления остаточного газа, напряжения питания нити накала, сорта пьезоэлектрической керамики» 14.07.2021-16.11.2021.

Научные результаты (за последние 5 лет).

В настоящее время сотрудники лаборатории проводят исследования в составе международной коллаборации ученых уникального проекта по поиску темной материи DarkSide (под патронажем Национальной лаборатории Гран-Сассо (Италия) и Принстонского университета (США)), участником которого НИУ «БелГУ» является с 2015 г.

На протяжении нескольких лет ученые Международной лаборатории радиационной физики НИУ «БелГУ» проводят передовые научные исследования класса megascience, среди которых участие в проектировании и изготовлении узлов создающегося в Объединённом институте ядерных исследований (ОИЯИ) коллайдера NICA (Nuclotron based Ion Collider fAcility) для изучения свойств плотной барионной материи. NICA – это международный проект, в подготовке и реализации которого участвуют более 300 ученых из 70 институтов 32 стран мира.

Ученые Международной лаборатории радиационной физики также принимают участие в двух проектах, выполняемых в рамках Федеральной космической программы РФ. Один проект – международный проект «УНИВЕРСАТ», направленный на создание перспективной группировки малых космических аппаратов для мониторирования космических угроз. Второй проект – разработка и создание прибора «РАПИРА», планирующегося к использованию в рамках космической миссии «Экспедиция-М». В НИУ «БелГУ» будет разработан уникальный комплекс для дистанционного сканирования грунта Фобоса при посадке космического аппарата на поверхность спутника Марса.

Уникальным проектом, реализуемым в НИУ «БелГУ», является проект по разработке малогабаритных управляемых источников ионизирующих излучений нового поколения для прикладного использования. Сотрудники международной лаборатории радиационной физики изготовили уникальную установку для разработки и исследования источников ионизирующих излучений на основе пироэлектриков. В основе подхода лежит использование пироэлектрических кристаллов, позволяющих получать потенциал в условиях вакуума порядка 100 кэВ при изменении температуры кристалла на величину порядка 10 градусов. В сравнении с современными традиционными источниками (в основном рентгеновскими и нейтронными трубками, радиоактивными источниками) разработка специалистов НИУ «БелГУ» обладает существенными преимуществами: 1) повышенная безопасность использования и экологичность (источник не содержит внешнего источника высокого напряжения, радиоактивных и токсичных компонентов); 2) малые размеры (размеры источника порядка 1 см); 3) низкое энергопотребление (потребляемая мощность порядка 1 Вт). Установка позволяет генерировать пучки ионов, электронов и рентгеновского излучения с энергией частиц порядка 100 кэВ, нейтроны с энергией 2,45 МэВ. Важной особенностью разрабатываемых источников является возможность использования в полевых условиях от обычных батареек или солнечных элементов, при этом источник позволяет решать ряд важных прикладных задач.

Информацию предоставил А.С. Кубанкин 21.06.2023