Ериментальные каскады разделительных центрифуг позволяют не только вести технологические исследования, но и производить коммерческие партии изотопных материалов

Вид материала

Документы

Содержание Разделение изотопов Физико-химические исследования Сенсорная диагностика Сверхчувствительная магнитометрия Физика твердого тела Физика манганитов Безопасность ядерного топливного цикла и экология Использование изотопов в медицине Теоретические исследования

Подобный материал:

• Хрущёв участвует в, а после её окончания стал активно участвовать в работе Коммунистической, 40.26kb.
• Отчет о работе городского совета и его исполнительного комитета за 2010 год городской, 1108.77kb.
• Вводная лекция. Краткое описание «1с бухгалтерия, 26.55kb.
• Подготовка и осуществление экспортных сделок по продаже оружия, 876.7kb.
• Вопросы к экзамену по курсу «Материаловедение», 18.42kb.
• Программа учебной дисциплины "Химия конструкционных материалов" для подготовки, 124.47kb.
• Стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу, 471.03kb.
• Анализ состояния отечественного парка рентгенодиагностической аппаратуры и перспективы, 134.21kb.
• Актуальность исследования обусловлена тем, что международная торговля одна из наиболее, 316.39kb.
• Технологические правила проектирования, 2013.95kb.

ИНСТИТУТ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ


Директор Владимир Юрьевич Баранов


В Институте молекулярной физики продолжают развивать технологии разделения изотопов урана и других элементов. Экспериментальные каскады разделительных центрифуг позволяют не только вести технологические исследования, но и производить коммерческие партии изотопных материалов. Разрабатываются перспективные модели центрифуг, ведутся физико-химические и технологические исследования для повышения эффективности разделительных каскадов и для расширения номенклатуры элементов, изотопы которых можно разделять центробежным методом, самым экономичным и производительным на сегодня.

В ИМФ исследуются и развиваются новые методы разделения изотопов — лазерные и плазменные. Учеными ИМФ и ГНЦ «ТРИНИТИ» развита лазерная технология разделения изотопов методом селективной диссоциации молекул. На основе этой технологии с 1988 года в Калининграде работает опытный завод по производству изотопов углерода, производящий в год десятки килограммов С-13, обогащенного до 30-40%. Разработки ИМФ по лазерной атомарной и плазменной ИЦР технологиям подошли к этапу коммерческого использования. Ведутся работы по ректификационному разделению изотопов углерода и кислорода.

В тематику ИМФ входят исследования, связанные с применением изотопов, изотопных, лазерных, плазменных технологий в ядерной энергетике, экспериментальной ядерной физике, медицине, экологии. Изучаются изотопные эффекты в кристаллах и оптических спектрах. Развиваются исследования по химии и химическим технологиям для центробежного разделения изотопов и для ядерной энергетики. Ведутся работы по теоретической, ядерной физике и физике твердого тела, информатике, компьютерному моделированию. Разрабатываются элементы и системы лазерной техники, лазерных и полупроводниковых газоанализаторов.


РАЗДЕЛЕНИЕ ИЗОТОПОВ


Разрабатывались и исследовались элементы конструкции высокопроизводительных центрифуг с углепластиковым ротором, работающим за третьим изгибным резонансом и совершенствовалась теория расчёта труб такого ротора, их резонансных частот и требований к демпфирующей системе для прохождения изгибных резонансов и зарезонансной неустойчивости. Была разработана и успешно прошла предварительные испытания усиленная опорная пара с повышенной демпфирующей способностью, разработано упругое внутреннее защитное покрытие углепластиковых труб, изготовлены и отправлены на испытания в конструкторскую организацию опорные пары, трубы роторов и два научных отчёта.




Рис. 1. Углепластиковая труба высокопроизводительного ротора,

установленная на намоточном станке.


На рис. 1 показана углепластиковая труба высокопроизводительного ротора, установленная на намоточном станке. Размеры и допустимая окружная скорость такой трубы позволяют в несколько раз повысить производительность российских центрифуг. После экспериментальных и теоретических исследований, проводившихся в течение двух лет, удалось найти решение, позволяющее существенно повысить параметры опорной пары гранично-жидкостного трения, уменьшить люфт сферы иглы в подпятнике и повысить в несколько раз противодействие иглы боковым нагрузкам. Начаты исследования зависимости модулей растяжения и сдвига фрагментов труб от конфигурации многослойной намотки с целью нахождения оптимальной конструкции трубы.

Создана и приведена к существующим стандартам программа расчёта свойств композитных труб любой конструкции.

В течение последних лет в мире возросли потребности в различных изотопах ртути, и единственная в мире фотохимическая установка “Фотон“ с трудом удовлетворяла поступающие заказы, работая почти безостановочно в течение всего года. На этой установке впервые удалось получить трудный для фотохимии из-за перекрывающихся изотопных структур спектральных линий изотоп Hg-198 чистотой более 98%.

В течение многих лет Институт молекулярной физики разрабатывал технологию и изготовлял значительные количества стабильных изотопов для нужд фундаментальных исследований, лазерной техники и медицины.

Совместно с промышленными комбинатами (ЭХЗ и УЭХК) завершена разделительная кампания по наработке первой партии (33 кг) изотопа ксенон-136 для будущего крупномасштабного проекта по физике слабого взаимодействия «ЕХО» (Стэнфордский университет США). В ходе работ отлажены все необходимые технологические регламенты с достижением требуемой химической чистоты продукта. Проведены технические усовершенствования центробежных разделительных стендов и начата реализация второго этапа работы.

Осуществлялась деятельность по изотопному обеспечению экспериментальной ядерной физики (МИФИ+Университет Швеции, Ок-Ридж), наработки радионуклидов (Обнинск).

Развивается направление по повышению экономической эффективности производства изотопных материалов: выполнена работа по получению малораспространенного изотопа серы-33, на которой апробировано новое программное обеспечение расчета разделительных режимов (совместно с МИФИ).

По программе исследований метода ионно-циклотронного резонанса в плазме были проведены измерения интенсивности потока нейтральных атомов в ИЦР установке для разделения изотопов лития. Присутствие нейтральных атомов в потоке плазмы может отрицательно влиять на эффективность ИЦР разделения изотопов: вследствие резонансной перезарядки часть селективно нагреваемых ионов покинет плазменный поток в виде нейтралов и не будет собрана коллекторной системой.

Для исследования потоков нейтральных атомов лития использовались водоохлаждаемые зонды, которые вводились с боковой поверхности вакуумной камеры по радиусу установки в область между ВЧ антенной, нагревающей ионы и плазменным потоком. Интенсивность потока нейтралов определялась по величине литиевого осадка, полученного на зондах за определенный промежуток времени. Результаты зондовых измерений сравнивались с усредненными оценками потоков нейтральных частиц. С этой целью, после окончания цикла экспериментов были измерены поверхностные плотности литиевого осадка на основных элементах установки, расположенных в вакуумной камере. В основном результаты зондовых измерений подтверждаются оценками, сделанными на основе измерений интегральных литиевых осадков.

Эксперименты показали, что поток нейтральных атомов  2,5  10¹⁶ ат/см.²  сек. Таким образом, возможные потери ионов в потоке плазмы интенсивностью  2,5  10¹⁸ ион/см.²  сек. невелики (~ 1 %).

Проведены предварительные эксперименты с целью определения локализации зон в источнике литиевой плазмы, где наряду с плазмой генерируются и потоки нейтральных атомов. На основе этих экспериментов изменена схема подачи рабочего вещества в разрядную область. Ожидается, что эти изменения приведут к повышению коэффициента использования вещества в источнике.

Выполнены расчеты разделительных характеристик коллектора нагретых ионов, применимого при ИЦР разделении изотопов. Рассчитывались коэффициент извлечения целевого изотопа и достигаемая при этом разделительная способность. Исследована зависимость этих параметров от отталкивающего потенциала на коллекторных пластинах, высоты экрана перед коллекторной пластиной и расстояния между коллекторными пластинами. Показано, что эффективность коллектора максимальна при расстоянии между пластинами b  2r^*_L, где r^*_L - средний ларморовский радиус нагретых ионов.

Исследовалось влияние селективности ИЦР нагрева и вида функции распределения нагретых частиц по поперечным скоростям на эффективность коллектора.

Проведено численное моделирование работы коллекторной системы, используемой при разделении изотопов лития ИЦР методом. Расчеты количества вещества, собираемого из плазменного потока, производились по методу Монте-Карло, что позволило осуществить моделирование осаждения лития для реальной конструкции коллекторной системы и сравнить результаты расчета с экспериментом.

Продолжаются работы по программе атомного варианта лазерного разделения изотопов (АВЛИС) неодима. Использование макета одномодового лазера первой ступени и трехступенчатой фотоионизационной схемы позволило сделать еще один шаг к решению данной проблемы. В пробных экспериментах было получено 65%-ное обогащение по Nd-150.

Конечной целью проводимых исследований является получение 10-килограммового образца, обогащенного по Nd-150 до 65–70%. Образец необходим для определения массы нейтрино, что может быть сделано в экспериментах по изучению 20 – распада. Поскольку у неодима нет летучих соединений, разделение его изотопов не может быть проведено широко развитым в России газодиффузионным методом.

Первым шагом в осуществлении АВЛИС-процесса является испарение вещества (в данном случае Nd). Поток испаренных атомов проходит через зону взаимодействия с лазерными лучами, в которой происходит селективная фотоионизация. Затем селективно ионизованные атомы Nd-150 вытягиваются электрическим полем на коллектор, а оставшиеся нейтральные атомы приходят на сборник отвала.

Потенциал ионизации неодима составляет 5,52 эВ, что позволяет применить трехступенчатую схему фотоионизации, использующую три кванта излучения в красно-желтой области спектра.

Лазерная система установки состоит из комплекса лазеров на парах меди (CVL) и комплекса лазеров на красителях (DL). Комплекс CVL генерирует импульсное излучение, состоящее из желтой и зеленой компонент, общей мощностью 300 Вт. Длительность импульса составляет 30 нс, частота повторения импульсов 10 кГц. Излучение CVL используется для накачки цепочек лазеров на красителях, генерирующих излучение с длинами волн, соответствующим трем ступеням схемы фотоионизации.

Излучение перестраиваемых лазеров общей мощностью 100 Вт направляется в многопроходную оптическую систему, которая обеспечивает в сепараторе 20 проходов лазерных лучей над испарителем. Малая доля излучения (~ 1%) отводится с помощью делительной пластинки в ионизационную камеру квадрупольного масс-спектрометра, где взаимодействует с узким пучком атомов. Таким образом, ставится возможным контролировать не только настройку частот лазеров на целевой изотоп, но и интенсивность лазерного излучения. Масс-спектрометрическая система использовалась для спектрометрических исследований и изучения влияния интенсивности лазерного излучения на селективность фотоионизации.

Рис. 2 иллюстрирует прогресс, достигнутый в обогащении неодима. В первых экспериментах использовались лазеры с шириной линии 1,5 ГГц и ионизация проводилась по эффективной двуцветной схеме. Затем мы работали с теми же лазерами, но по другой схеме фотоионизации, обеспечивающей бóльшую селективность. Но определяющий шаг был сделан благодаря использованию узкополосного лазера на красителе с шириной линии 100 МГц. Применение этого лазера на первой ступени трехцветной фотоионизационной схемы позволило получить надежный воспроизводимый результат: 95% Nd-150.




Рис. 2. Содержание Nd-150 в продукте в узком атомном пучке в камере масс-спектрометра ( = 6)
и на коллекторе в сепараторе (30 < < 150).


Разница между содержанием Nd-150 в камере масс-спектрометра и обогащением, полученным на коллекторе сепаратора, вызвана двумя основными деселектирующими процессами: доплеровским уширением спектра атомов и запылением коллектора атомами неодима с природным содержанием изотопов.

В камере масс-спектрометра лазерное излучение взаимодействует с узким атомным пучком, в то время как в камере сепаратора создается пучок атомов со значительной расходимостью. В последнем случае линия поглощения атомного пара уширяется из-за эффекта Доплера и селективность фотоионизации в сепараторе будет ниже, чем в камере масс-спектрометра. Эта трудность может быть преодолена созданием атомного пучка с меньшей расходимостью. Однако это приведет к уменьшению потока питания и, соответственно, к падению производительности. Соотношение этих величин необходимо оптимизировать.

Следует отметить, что продукт на коллекторе является смесью попавших на него фотоионов и запыления. Запыление коллектора возникает из-за рассеяния потока испаренных атомов с природной концентрацией в рабочем объеме. Величина запыления зависит от плотности атомов и, в конечном счете, от скорости испарения, что дает еще одно направление оптимизации.

Проведение оптимизации указанных выше процессов, а также использование узкополосного одномодового лазера позволило нам создать разделительную систему производящую 0,5 г/день 65% Nd-150 при использовании испарителя длиной 25 см.

Ведутся работы по отработке технологии разделения изотопов углерода С-13 методом криогенной дистилляции окиси углерода. В течение 1999-2001гг были проведены проектные и строительно-монтажные работы комплекса, имевшие целью создание инженерных систем для комплекса в целом и первого разделительного модуля; весь комплекс рассчитан на 4 разделительных модуля. В феврале 2002г после испытаний системы подачи азота и газо-вакуумного оборудования начался пусковой период первого модуля. В течение 2002г были получены основные разделительные характеристики оборудования. На первой ступени модуля было наработано более 1м³ окиси углерода с обогащением 24-26% С-13. На второй ступени модуля было получено из отвального газа первой ступени более пятисот литров окиси углерода с содержанием С-12 более 99,98%. Проведена подготовка для включения второй ступени на обогащение С-13 до 90-92%.

Также ведутся исследования по отработке технологии разделения изотопов кислорода методом вакуумной дистилляции воды. Проведены лабораторные исследования разделительных характеристик труб с диаметрами 2,3 и 4 дюйма. Отработаны устройства насадочных труб, конденсаторов, испарителей. Проведен расчет разделительного каскада с производительностью несколько килограмм в год высокообогащенного кислорода О-18. Ведется подготовка к монтажу комплекса «Вода» для реализации этого каскада.


ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ


. Основное место занимало изучение физико-химических вопросов замкнутого топливного цикла ядерной энергетики:

неводный (фторидный) метод регенерации облученного ядерного топлива легководных реакторов;

пережигание минорных актинидов и трансмутация радиоактивных отходов в жидкосолевом ядерном реакторе;

проблема использования урана, регенерированного из отработанного топлива АЭС с легководными реакторами.

В тесной связи с этими вопросами проводились исследования по применению фторокислителей для регенерации урановых отложений из технологического оборудования разделительных предприятий.

Подготовлены «Исходные данные для оформления ТЗ на выполнение ТЭИ по сопоставлению проектной технологии завода РТ-2 с неводной схемой, включающей газофторидный и жидкосолевой процессы переработки ОЯТ, изготовление вибротвэлов и ТВС ВВЭР-1000».

В Исходных данных для выполнения ТЭИ предлагается новая технологическая схема переработки ОЯТ ЛВР, которая включает:

головные операции по разделке ОТВС и подготовке топлива к химической переработке;

усовершенствованный газофторидный передел, разработанный с учетом опыта работы сублиматных и изотопно-разделительных заводов;

неводную технологию переработки нелетучих остатков, образующихся на газофторидном переделе с использованием расплавов фторидов для выделения смеси U-Pu, минор-актинидов и продуктов деления;

получение МОКС-топлива для ВВЭР-1000 и реакторов БН методом пирогидролиза гексафторидов U и Pu;

изготовление твэлов и ТВС ВВЭР-1000 и др. перспективных реакторов.

Совместно с другими институтами РНЦ КИ (ИЯР, ИРТМ) проведены подготовительные работы к эксперименту “Ампула”. В частности завершена подготовка эксперимента с использованием теплового макета для уточнения тепловых характеристик ампульной установки. Разработана конструкция теплового макета ампульной установки, проведена заправка ампульного устройства солевым расплавом на основе фторидов натрия и лития-6.

Эксперимент “Ампула” предназначен для исследования эффективности пережигания младших актинидов в нейтронном спектре легководного реактора, радиационно-химической стойкости расплавносолевой композиции состава, адекватного исходному состоянию активной зоны реактора ЖСР с трансурановыми нуклидами, в условиях реакторного облучения. Исследования должны позволить определить характер ядерно-химического поведения солевой композиции, качественный и количественный выход продуктов деления минорных актинидов и, соответственно, уровень их выгорания, что позволит верифицировать соответствующие расчётные программы. При проведении реакторных экспериментов предполагается также исследовать коррозионное поведение конструкционных материалов.

В замкнутом ядерном топливном цикле важное значение имеет проблема использования урана, регенерированного из отработанного топлива АЭС с легководными реакторами. Содержание урана-235 в отработанном топливе реакторов типа ВВЭР или PWR выше, чем в природном уране. Использование регенерированного урана может привести к заметной экономии природного урана и работы разделения. Однако повышенная по сравнению с природным ураном радиоактивность регенерата создаёт и некоторые технико-экономические проблемы.

Основная проблема повторного использования регенерированного урана в качестве сырья для получения урана энергетического содержания связана с повышенной концентрацией чётных изотопов ²³⁶U, ²³⁴U, ²³²U. Технически эта сложная задача может быть решена с использованием технологии газовых центрифуг. Проведены предварительные расчетные исследования этой проблемы и показаны пути ее решения.

Совместно РНЦ КИ, ФГУП СХК и Томским Политехническим Университетом продолжены исследования метода удаления урансодержащих отложений из вращающихся на номинальной скорости газовых центрифуг (ГЦ). Необходимость проведения этих работ определяется: высокими затратами на восстановление работоспособности промышленного оборудования (в первую очередь, из-за потерь ГЦ вследствие осыпания отложений при остановке-разгоне); перспективой проведения изотопной коррекции регенерированного урана, требующей создания дистанционно управляемого каскада, в том числе, в части удаления отложений; необходимостью обработки ГЦ именно в динамике для машин надкритического типа.

Определены основные пути увеличения скорости снятия отложений указанным методом: оптимизация состава смеси, содержащей фторокислители; увеличение газонаполнения машин смесью, доработка схемы установки. Одновременно с этим разворачиваются работы по развитию данного направления в части использования других газовых химических составов, повышающих эффективность удаления отложений из газовых центрифуг в динамическом режиме.

Также необходимо отметить такие работы, как исследование химико-технологических вопросов переработки двуокиси углерода, содержащей высокообогащенные по изотопу ¹³С углерод и по изотопу ¹⁸О кислород; изучение высокоскоростной фильтрации газожидкостных потоков металлокерамическими фильтрами; синтез и изучение физико-химических свойств отдельных неорганических соединений.

Проведено исследование превращения содержащего обогащенный по ¹³С углерод, в CO. В основу процесса положена реакция CO₂ с цинком. Получены зависимости скорости реакции и выхода CO от давления и температуры в зоне реакции и расхода CO₂. На основе полученных данных разработана методика синтеза CO из CO₂ , создана установка и переработано 5,5 кг CO₂ (содержание ¹³С - 33%).

Проведено изучение возможности превращения CO₂, содержащей высокообогащенный по изотопу ¹⁸О или ¹⁷О кислород, в воду. В СВЧ-разряде смесь CO₂+H₂ превращается в CO и H₂O. Дальнейшая конверсия практически не происходит. Полную конверсию CO₂ в H₂O удалось осуществить в системе CO₂+H₂ на никелевом катализаторе. При этом исходный изотопный состав кислорода остался без изменения.

Исследованы фильтрационные характеристики металлокерамических фильтров (МКФ) в режиме очистки газожидкостных потоков с размером капель от 1 до 100 мкм. Исследованы токовые и акустические параметры нефарадеевского электролиза водных электролитов и коррозионные характеристики керамических фильтроэлементов при импульсном напряжении различной формы от 10 до 100 кВ.

Проведено обобщение экспериментальных результатов по исследованию нетрадиционных для химии физических методов воздействия на гексафториды урана и плутония, которые основаны на использовании техники “взрывающихся” проволочек, светового излучения ртутных ламп высокого давления, искрового разряда и излучения CO₂ лазера. Полученные результаты позволили расширить знания в технологии гексафторидов урана и плутония.

Проводятся поисковые работы по синтезу новых высокотемпературных сверхпроводниковых материалов на основе таллия. Изучена возможность частичного или полного замещения атомов кислорода в образцах семейства таллиевых сверхпроводников серии TlBa₂Ca_n-1, Cu_nO_2n+3 и Tl₂Ba₂Ca_n-1Cu_nO_2n+4 на атомы селена. Исследованы свойства и структуры полученных образцов методом РФА, а также температурной зависимости их электросопротивления и магнитной восприимчивости.

СЕНСОРНАЯ ДИАГНОСТИКА

Изучалось влияние содержания водорода на механические характеристики образцов, изготовленных из мартенситностареющей стали. Установлено, что при концентрации водорода ниже 5 ÷ 6 ppm прочностные характеристики испытуемой стали практически не зависят от концентрации водорода. С превышением этого порога прочностные свойства начинают экспоненциально ухудшаться. При содержании водорода 30 ppm в приповерхностном слое толщиной 4 мкм предел прочности образца на разрыв уменьшается на 20 %, а пластичность – более чем в 3 раза. Полученные результаты позволяют дать рекомендации для улучшения технологии изготовления деталей специальных установок.

Завершены исследования динамических характеристик полупроводниковых газовых сенсоров на основе SnO₂ с помощью модернизированной газодинамической установки. Измерены быстродействие и чувствительность сенсоров с различными составами газочувствительного слоя к ряду горючих и токсичных газов в сухих смесях с воздухом. Определены оптимальный режим рабочей температуры и состав газочувствительного слоя, при которых сочетаются наименьший дрейф показаний, приемлемые быстродействие и чувствительность. Установлено, что чувствительность сенсоров к анализируемым газам в большинстве своём имеет экстремальный характер, а его температурная зона практически не зависит от концентрации газов. Определены пороги чувствительности в сухом воздухе к метану 0,4 ppm, аммиаку 0,3 ppm, окиси углерода 0,2 ppm, сероводороду 0,01 ppm, водороду и гексану – 3 ppb, этанолу – 0,2 ppb.

Продолжены исследования динамических характеристик и чувствительности сенсоров к парам воды в воздухе. Накопленный экспериментальный материал в настоящее время анализируется. В результате исследований динамических характеристик и чувствительности сенсоров состава SnO₂ + 3%PdO + 1%PtO к окиси углерода в режиме импульсного нагрева повышена избирательность датчиков к СО. Максимальная чувствительность достигается при комбинированном питании нагревателя – на первой стадии быстрый разогрев до 350 ÷ 400 ⁰С и затем резкое охлаждение до рабочей температуры 90 ⁰С.

Основной задачей работы, проводимой в кооперации с Трентинским Институтом Культуры (Тренто, Италия) по созданию сенсоров на основе технологии кремниевого микромашининга, была отработка процесса получения стабильного платинового покрытия на поверхности оксида кремния. В результате работы была предложена технология нанесения таких покрытий, выдерживающих без отслаивания технологический нагрев до 7500 ⁰С. После такого нагрева имеется возможность приварки золотой проволоки к контактным площадкам. Платиновые нагреватели имеют высокую долговременную стабильность при рабочей температуре до 5000С.

В кооперации с Джорджтаунским университетом (Вашингтон, США) изготовлены и исследованы полупроводниковые сенсоры, созданные по оригинальной микромашинной технологии. Полученные сенсоры потребляют не более 70 мВт при детектировании метана как при работе в режиме полупроводникового, так и термокаталитического сенсора.

На основе МДП структур с подзатворным слоем протон-проводящего твердого электролита изготовлен сенсор, работающий при комнатной температуре и способный регистрировать водород с порогом детектирования не более 10 ppm (в воздухе), временами отклика порядка 5 мин. Работы проводилась в кооперации с Гумбольдтовским университетом (Берлин, Германия).

Подготовлены патентные предложения по разработке четвёртой модели магнитопироэлектрического вакуумного тестера, отличающейся более высокой степенью пороговой чувствительности.


СВЕРХЧУВСТВИТЕЛЬНАЯ МАГНИТОМЕТРИЯ


Проводились работы по разработке и конструированию источников магнитного поля (индукторов) для магнимтотерапевтических аппаратов медицинского назначения. Индукторы создают переменное магнитное поле специальной формы частотой от 5 до 100 Гц и величиной от 6 до 40 мТ в зависимости от габаритов и области применения.

Разработки использованы в магнитотерапевтических аппаратах фирмы Интерспок (Беларусь), отмеченных Золотой медалью на Международной выставке «Здравница 2002» по номинации «новые медицинские технологии».


ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА

Было проведено систематическое экспериментальное и теоретическое исследование влияния изотопического беспорядка на структурные и тепловые свойства полупроводников, в частности германия (Ge) и арсенида галлия (GaAs). В частности был выращен уникальный моноизотопный кристалл GaAs весом 12 г, содержащий 99.4% изотопа ⁷¹Ga. Этот кристалл ⁷¹GaAs имеет почти в 40 раз меньшую степень изотопического беспорядка, чем обычные кристаллы ^natGaAs, приготовленные из галлия с природным изотопным составом.

Теплопроводность изотопически чистого кристалла ⁷¹GaAs на 5% выше, чем теплопроводность ^natGaAs при комнатной температуре. Преимущество ⁷¹GaAs в теплопроводности растет с понижением температуры: изотопический эффект составляет 14% при температуре 100 К и почти 90% при 25 К. Относительно малое увеличение теплопроводности ⁷¹GaAs при комнатной температуре и существенно большая его стоимость сильно ограничивают возможности его использования в практических приложениях.

Было проведено исследование влияния изотопического беспорядка на термоэдс S(T) монокристаллов Ge с разным изотопным составом, включая высокообогащенный кристалл, содержащий 99.99% ⁷⁰Ge. Абсолютная величина термоэдс S(T) значительно увеличивается с уменьшением изотопического беспорядка при низких температурах (< 70 K). Этот неожиданный результат не удается объяснить в рамках обычной теории. Наблюдаемый изотопный эффект можно объяснить появлением добавочного вклада в термоэдс фононного увлечения из-за дрейфового движения тепловых фононов в изотопически чистых кристаллах. Это первое наблюдение подобного вклада.

Получены нанокомпозиты со смешанными полупроводниковыми наночастицами CdS и Cu₂S n- и p- типа проводимости в одной полимерной пленке. Проведены исследования оптических и электрофизических свойств. При определенных условиях синтеза получены диодный характер вольтамперных характеристик и фотовольтаический эффект, что подтверждает образование p-n гетероперехода в подобной нанокомпозитной структуре. Проводятся исследования оптических свойств, магнитосопротивления, намагниченности и электрофизических свойств для нанокристаллов Fe₃O₄ в полимерных матрицах. Работы ведутся сотрудничестве с химическим факультетом МГУ.

Проводятся исследования эффекта переключения и памяти в самооупорядоченных наноструктурах с наночастицами CdS в матрице Al₂O₃.

В сотрудничестве с Институтом вакуумной техники (РФ) и итальянским Институтом науки и культуры IRST (Торонто) исследуются алмазоподобные пленки, легированные эрбием. Образцы исследуются посредством оптических, электрофизических и рентгеновских измерений. Наблюдаются фотовольтаический и электролюминесцентные эффекты в инфракрасной области длин волн. Исследуется возможность получения электролюминесценции в данной системе.

Исследована динамика волн зарядовой плотности в квазиодномерном проводнике орто-TaS₃. Эти исследования проводятся с целью определения характера нарушений регулярности, возникающих при движении конденсированного электронного состояния.

Совместно с ФТИАН проведено экспериментальное рентгенодифракционное исследование структурных характеристик квантовой ямы в системе Si_1-xGe_x/Si, теоретически рассмотренны эффекты предельно асимметричной схемы дифракции.

Совместно с МИРЭА проводились исследования смешанных оксидов с перовскитной структурой. Осуществлен синтез керамических и монокристаллических оксидов в системе смешанных висмутового и стронциевого ферритов, их рентгеноструктурный анализ, измерены электросопротивление, магнитные свойства и мессбауэровские спектры ядер Fe-57 в широком диапазоне температур 80  800 К. При изучении влияния высокочастотного электромагнитного и оптического излучений на мессбауэровские спектры совместно с ФТИ РАН проведено детальное теоретическое исследование релаксационно-стимулированных резонансов в мессбауэровских спектрах ферромагнетиков при воздействии РЧ-поля и наложении постоянного внешнего магнитного поля.

Получены результаты по исследованию в конфигурации эффекта поля неомической прыжковой проводимости в полосе состояний вблизи уровня Ферми на примере слоев легированного слабо компенсированного Si:B. Установлено, что зависимость электропроводности от продольного электрического поля имеет в этом случае пороговый характер и подчиняется, начиная с некоторого поля, закону . Анализ температурной зависимости квази-2D прыжковой проводимости свидетельствует о том, что прыжковый транспорт в нашем случае осуществляется в полосе состояний вблизи уровня Ферми, причем разброс этих состояний по энергии обусловлен случайным кулоновским потенциалом. В координатах от достигается скейлинг, т.е. кривые достаточно хорошо ложатся на одну зависимость вплоть до полей, отвечающих обогащению, причем, начиная с некоторой величины , кривые имеют приблизительно одинаковый наклон [3].

В конфигурации эффекта поля детально исследована кинетика перехода квази-2D прыжковой проводимости от неомического режима к омическому при резком уменьшении тянущего напряжения. Измерения проводились на структурах (типа МДП), выполненных на основе тонких (0.5 мкм) слоев легированного слабо компенсированного Si:B с концентрацией бора .

В области температур, отвечающих переходу к проводимости с переменной длиной прыжка (Т<6 K), обнаружены долговременные релаксации в проводимости, проявляющиеся при ступенчатом уменьшении продольного тянущего поля. Показано, что релаксации имеют степенной характер, причем показатель степени практически не зависит от температуры.

Исследованы магнитные свойства мультислоев Fe/Cr, новых материалов для спинтроники, при температурах, значительно превышающих точку Нееля объемного хрома. Для этих систем характерны эффекты гигантского магнитосопротивления и обменного сдвига петли гистерезиса, перенос магнитного потока из-за неколлинеарного упорядочения в слоях железа. Предложена модель магнитного упорядочения в структурах Fe/Cr , учитывающая перераспределение зарядовой и спиновой плотности вблизи границы раздела, что ведет к формированию существенно неоднородного состояния с волной спиновой плотности (ВСП). Описана пространственная структура ВСП, рассчитан ее вклад в эффективную обменную связь между моментами соседних слоев железа, на основе полученных результатов интерпретируются данные экспериментов по туннельной спектроскопии и дифракции нейтронов. Предложена модель неколлинеарного магнитного упорядочения в мультислоях Fe/Cr , связанного с наличием моноатомных “ступенек” на границе раздела слоев и доменной структурой хрома и железа в широкой области толщин слоев и температур. Рассчитаны энергии неколлинеарных состояний, найдены области их существования, проведено сравнение с данными по магнитному транспорту, магнито-оптике и дифракции нейтронов.

Проведены расчеты, которые показывают, что основное состояние одномерных цепочек, двумерных квадратных и прямоугольных решеток, а также трехмерных кубических решеток точечных магнитных моментов - неферромагннитно, то есть дипольный (не обменный) ферромагнетизм невозможен. Этот вывод справедлив также для систем, состоящих из однородно намагниченных (однодоменных) сферических гранул. Другое дело - системы из гранул несферической формы, среди которых наибольший интерес представляют гранулы в виде вытянутых эллипсоидов вращения с фиксированными (за счет геометрической магнитной анизотропии) направлениями магнитных моментов. Это - модель многих практических ситуаций, относящихся к регулярным системам, состоящим из гранул квази-эллипсоидальной формы.

Нами изучены магнитные фазовые диаграммы регулярных двумерных и трехмерных решеток эллипсоидальных однодоменных ферромагнитных гранул с дипольным взаимодействием. Основное состояние таких систем определяется тремя геометрическими параметрами: 1) эксцентриситетом гранул, 2) отношением периодов прямоугольной (или тетрагональной) решетки и 3) соотношением между одним из периодов этой решетки и продольным размером гранул. Показано, что в отличие от решеток точечных (сферических) диполей, основное состояние двумерных решеток несферических гранул может быть ферромагнитным.

Результаты приложимы к различным практически важным системам. Среди них - ферромагнитные нанокомпозиты с гигантским магнетосопротивоением, паттернированные магнитные среды для магнитной записи сверхвысокой плотности, ультратонкие (островковые) ферромаггнитные пленки.


ФИЗИКА МАНГАНИТОВ


В рамках двухкомпонентной модели проведен анализ экспериментальных данных: магнитных, электрических и тепловых свойств в образцах системы (La_1-yPr_y)_0.7Ca_0.3MnO₃ с различным уровнем изотопического замещения ¹⁸О. Получены массовые зависимости температур магнитных переходов ферромагнитный металл – антиферромагнитный диэлектрик (FM-AFM), температур переходов металл-диэлектрик и концентрации ферромагнитной (FM) фазы. Отметим, что температуры перехода металл-диэлектрик, рассчитанные на основе данных по теплопроводности, согласуются в пределах экспериментальной погрешности с результатами, полученными при прямых электрических измерениях, что является хорошей проверкой применимости модели эффективной среды. Впервые построена фазовая диаграмма (La_1-yPr_y)_0.7Ca_0.3MnO₃ в условиях частичного изотопического замещения. Исследования такого рода до настоящего времени не проводились.

Известно, что изотопический эффект особенно сильно проявляется в окрестности магнитных фазовых превращений. Ранее нами было показано, что кислородное изотопическое замещение ¹⁶О-¹⁸О для манганитов системы (La_1-yPr_y)_0.7Ca_0.3MnO₃ с критическим y = 0.75 вызывает переход металл-диэлектрик (гигантский изотоп-эффект). Интересно было исследовать влияние кислородного изотопического замещения вблизи другой критической точки на фазовой диаграмме манганитов x=0.5, где возникает зарядово упорядоченное состояние. В качестве модельного образца нами была выбрана система Sm_1-xSr_xMnO₃, которая характеризуется необычной фазовой диаграммой. Обнаружено, что кислородное изотопическое замещение в этой системе приводит к значительному изменению фазовой диаграммы вблизи границы между областью ферромагнитного металла и областью антиферромагнитного диэлектрика (0.4 < x < 0.6) и так же индуцирует переход металл-диэлектрик для x=0.475 и 0.5. Обсуждаются особенности этого перехода для системы Sm_1-xSr_xMnO₃.


БЕЗОПАСНОСТЬ ЯДЕРНОГО ТОПЛИВНОГО ЦИКЛА И ЭКОЛОГИЯ


Завершен цикл экспериментальных работ по международной программе «Расплав» по исследованию взаимодействия расплава материалов активной зоны реактора типа ВВЭР на натурных расплавах и модельных жидкостях.

Доказана возможность сохранения целостности корпуса реактора в случае расплавления активной зоны при наружном охлаждении корпуса водой для реакторов ВВЭР-400 и западных реакторов ЕРR-600, в то время как для более мощных реакторов типа ВВЭР-1000 таким охлаждением сохранить корпус не удается.

В июле 2000 года, начата новая международная программа MASCA, являющаяся продолжением работ по программе РАСПЛАВ с новыми граничными условиями. Заказчиками программы также являются страны члены OECD и рассчитана она на три года. 17 сентября проведен эксперимент на установке RCW с 70 кг кориума с добавлением имитаторов – продуктов деления и расплавленной стали.

Как было показано в программе РАСПЛАВ, для реакторов типа ВВЭР-1000 в случае расплавления активной зоны предполагает разрушение корпуса с вытеканием расплава кориума в шахту реактора. Заключен договор с организациями, проектирующими АЭС для Китая и Индии, на проведение экспериментальных работ по исследованию возможности сбора расплава активной зоны под корпусом реактора – программа ЛОВУШКА. Продолжены исследования на модернизированных среднемасштабных установках «Корпус-Л» (до 10 кг.) по исследованию взаимодействия расплава активной зоны с материалом, заполняющем ловушку, расположенную под активной зоной для хранения и расхолаживания кориума в течение длительного времени. По исследованию свойств расплава кориума с жертвенным материалом ловушки продолжены исследования физических свойств расплава (вязкость, t_liq , t_sol , плотность, поверхностное натяжение) на маломасштабной установке «Тигель-М»

Завершен цикл работ по программе РАСПЛАВ – измерение тепло-гидравлических характеристик кориума на модельных жидкостях (расплавах фтористых солей). На базе экспериментальных данных, протестирована созданная в ИБРАЭ (РАН) математическая программа поведения кориума. Проведена модернизация установки RASPLAV-A-Salt для II стадии программы MASCA.


ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИЗОТОПОВ В МЕДИЦИНЕ


Продолжены работы по разработке новых технологий радиоизотопов для ядерной медицины. Технология связана с выделением осколков деления из неочехленного в твэлы ядерного топлива – в растворных и жидкосолевых реакторах. Получен ряд патентов в России. В обоснование этой технологии нами проведены экспериментальные исследования на водно-растворном реакторе «Аргус» (ИЯР) на примере получения изотопов ⁹⁹Мо и ⁸⁹Sr , имеющих большое медицинское значение, как для диагностики, так и для лечения онкологических заболеваний. Разработанная технология позволит получать радиоизотопы с гораздо большей производительностью (например, для ⁸⁹Sr – более, чем в 1000 раз), меньшей себестоимостью и практически без р/а отходов. Заключено соглашение между РНЦ «Курчатовский институт» и американской фирмой TCI на разработку ядерно-технологического комплекса с этой технологией большей мощности для тиражирования этих установок и производство этих изотопов, как в РФ, так и за рубежом. Предложена разработка новой технологии с использованием твердого топлива для тех же целей.


ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ


Проводились работы по темам: развитие теории нейтринных спонтанных и индуцированных 2 - бета - процессов в ядрах, исследования по теории элементарных частиц, изучение возможности применения обогащенных изотопов в фундаментальной ядерной физике, астрофизике и прикладной физике, теория наноструктур и их приложений в физике конденсированных сред.

В развитие теории нейтринных процессов в ядрах проведены исследование двойных бета - процессов, индуцированных нейтринными пучками, в результате которых при захвате нейтрино ядрами наблюдается испускание электрона, а затем либо испускание второго электрона, либо позитрона. Особый интерес такие реакции представляют при изучении потоков солнечных нейтрино. В частности, для нейтринных потоков низкоэнергетического р-р цикла и бериллиевых нейтрино возможно использование детекторов на основе ¹⁰⁰Mo (порог 0.168 МэВ), а для изучения потоков борных нейтрино - О-18 (порог 1.65 МэВ). Исследован процесс детектирования солнечных нейтрино различного происхождения с помощью индуцированного  - процесса в ¹⁰⁰Mo. Проведен расчет сечений этих процессов и энергетического спектра излучаемых электронов. В качестве примера проведены оценки ожидаемого числа событий для детектора солнечных нейтрино, состоящего из 10 тонн ¹⁰⁰Mo. При моделировании нейтринных потоков обсуждается как стандартная солнечная модель, так и различные осцилляционные сценарии. Изучена возможность использования в нейтринных детекторах новых ^-⁺ и ^-/EC каналов. Подчеркнем, что высказанное нами ранее предложение по использованию в солнечных нейтринных экспериментах мишени из ¹⁰⁰Mo в настоящее время реализуется в проекте MOON (Япония).

Исследованы двойные двухэлектронные бета-процессы, индуцированные нейтринным пучком в мишенях, состоящих из изотопов ^112,114,116Cd и ¹⁸O. В дополнение к известному ^-^- каналу рассмотрены новые ^-⁺ и ^-⁺ моды индуцированного процесса. Обсуждена возможность детектирования солнечных нейтрино с помощью этих процессов, вычислены скорости счета для установок, использующих указанные изотопы. Предложение об использовании мишени, содержащей ¹⁸O, может быть принципиально реализовано и в случае использования больших объемов сверхчистой воды, поскольку природное содержание этого изотопа составляет около 2%.

В рамках релятивистской модели независимых кварков проведены расчеты масс псевдоскалярных мезонов. Определены параметры статического потенциала, вид которого соответствует принципам квантовой хромодинамики, и массы кварков, образующих эти мезоны. В качестве базы экспериментальных данных для определения указанных базовых параметров, использован спектр масс семейства векторных 1^— мезонов. Показано, что параметр удерживающего потенциала кварк - антикваркового взаимодействия такой модели не зависит от сорта кварков, при этом зависимость параметра квази - кулоновского потенциала от эффективного расстояния взаимодействия согласуется с квантовой хромодинамикой. Определены ширины мезонов по отношению к e⁺ e^- распаду. Расчет масс проводился как для легких, так и тяжелых псевдоскалярных мезонов, как для основных состояний, так и для радиальных возбуждений. Полученные значения масс согласуются с экспериментальными данными, сделаны предсказания значений масс для ряда еще не открытых псевдоскалярных мезонов, описываемых как радиальные возбуждения.

Продолжалось изучение возможностей применения обогащенных изотопов в фундаментальной и прикладной ядерной физике, физике конденсированных сред и в медицине. Выполнен обзор современных методов разделения изотопов — как урана, так и стабильных изотопов других элементов. Проанализированы тенденции развития современных промышленных технологий разделения изотопов. Представлен прогноз развития и промышленного использования наиболее перспективных лазерных и плазменных технологий обогащения изотопов, основанных на последних достижениях ядерной техники, и рекомендации по приоритетному развитию актуальных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по новым методам разделения изотопов. Рассмотрены основные области применения изотопных материалов: ядерная энергетика (уран, нейтроно-поглощающие, нейтроно-прозрачные, неактивируемые конструкционные материалы); фундаментальная ядерная физика (физика нейтрино, поиски “темной материи”), физика твердого тела и электроника и другие. Анализируются тенденции развития мировой потребности в изотопных материалах.

Представлен обзор применения стабильных изотопов в современных крупномасштабных проектах нейтринной физики. Рассмотрена роль стабильных изотопов в астрофизических исследованиях в качестве основы для создания детекторов солнечных нейтрино и нейтрино от Сверхновых, а также для получения искусственных источников нейтрино, необходимых для калибровки нейтринных установок. Обсуждаются новые перспективные проекты экспериментов по поиску двойного безнейтринного распада и массы нейтрино, где предполагается использование больших объемов обогащенных стабильных изотопов. Рассмотрено применение стабильных изотопов в исследованиях свойств сверхтяжелых атомных ядер, принадлежащих новому острову стабильности в районе Z>108.

В рамках программы ИНТАС (99 -0450) в проводилась работа по теме: "Усиление высоких гармоник в процессе взаимодействия мощного лазера с атомной средой". Физика усиления высоких гармоник, отвечающих далекому ультрафиолету или мягкому рентгену, основана на стимулированной эмиссии возникающей в случае, когда сигнал, генерируемый в одном источнике, проходит через атомную среду, иррадиированную мощной лазерной волной с коротким импульсом, от второго источника. Указанная выше область энергий весьма перспективна для использования исследуемого явления в информатике и медицине. Продолжалась работа по изучению электрофизических свойств нанокомпозитов. Проведенные теоретические исследования показали, что наноструктуры на основе матриц Al₂O₃ и CdS имеют особые свойства памяти, позволяющие использовать их для проведения переключений их вольт - амперных характеристик из высокоомной в низкоомную области.

Проводятся исследования фундаментальных аспектов и приложений в области холодных квантовых газов, а также изучение взаимодействия сильных электромагнитных полей с мезоскопическими объектами, такими как кластеры и аэрогели. На настоящей стадии центральной частью исследований является формирование неординарных макроскопических квантовых состояний, их фазовая когерентность и сверхтекучие свойства.

Реализация одномерного (1D) режима в Бозе газе в ловушке поставила вопрос о его стабильности и корреляционных свойствах. Сильное сжатие в поперечном направлении в цилиндрических ловушках, необходимое для получения 1D режима, может приводить к плотностям, во много раз превосходящим достижимые в обычных трехмерных Бозе газах. В этой связи очень важно понять, как корреляционные свойства газа влияют на неупругие процессы и его время жизни. Мы определили три физически различных режима квантового вырождения в однородном одномерном Бозе газе при конечной температуре: режим сильного взаимодействия Тонкса-Жирардо или режим фермионизации, режим слабо-взаимодействующего квазиконденсата, и полностью некогерентный режим при очень слабом взаимодействии. Мы нашли, что локальные двухчастичные и трехчастичные корреляции уменьшаются в режиме фермионизации, и поэтому такие неупругие процессы как трехчастичная рекомбмнация оказываются подавленными. Это является важным фактором при достижении режимов с большим количеством частиц и для идентификации таких режимов посредством измерения скорости фотоассоциации в парных атомных столкновениях.

Внешний удерживающий потенциал приводит к конечному размеру газового облака, и при достаточно низкой температуре квазиконденсат может превратиться в чистый конденсат. Наши вычисления показывают что фермионизация значительно уменьшает длину фазовой когерентности, и что газ в ловушке может быть полностью когерентным только очень глубоко в режиме слабой связи.

Успехи в охлаждении Ферми газов в ловушках до температур гораздо ниже температуры квантового вырождения и активные попытки достижения фермионной сверхтекучести стимулируют интерес в получении высоких плотностей и в исследовании поведения Ферми газа в ловушках с необычной геометрией. Мы нашли, что трехчастичная рекомбинация в двухкомпонентном Ферми газе значительно подавлена, и получили константу скорости рекомбинации на слабо связанный s-уровень как универсальную функцию длины рассеяния, массы атомов и энергии столкновения. Наши результаты показывают, что достижение высоких плотностей в ультрахолодных Ферми газах вполне возможно

Далее, мы показали, что атомные Ферми газы в квазидвумерной геометрии могут стать серьезными конкурентами трехмерных газов для достижения сверхтекучести. В режиме БКШ для слабого притяжения мы нашли критическую температуру T_С и рассмотрели возможности увеличения отношения T_С к энергии Ферми. В обратном пределе, когда сильное притяжение приводит к формированию связанных квазидвумерных димеров, мы нашли, что взаимодействие между димерами - отталкивательное, и их релаксация в более глубокие связанные состояния и распад сильно подавлены. Это позволяет заключить, что Бозе-Эйнштейновская конденсация этих составных бозонов будет устойчивой на большом временном масштабе.

В последние годы взаимодействие мощных и сверхкоротких лазерных импульсов с веществом привлекает пристальное внимание исследователей. Особое место в этой области занимает изучение поведения структурно неоднородных объектов (аэрогелей и кластеров) в сверхсильном поле. Уникальные свойства делают их привлекательным объектом для создания компактных источников нейтронов, многозарядных ионов и рентгеновского излучения. Нами предложен новый объект для генерации нейтронов – дейтерезированный аэрогель, т.е. стекло с низкой плотностью, имеющее большое количество пустот и насыщенное тяжелым водородом. Было показано, при использовании данной мишени энергия, получаемых ионов дейтерия, выше, чем в кластерной плазме, что приводит к заметному росту выхода нейтронов. Были проанализированы механизмы ионизации в кластерной плазме с учетом вклада от электрических полей, обусловленных пространственной неоднородностью мишени. Полученные результаты позволили объяснить аномально высокий средний заряд в кластерной плазме, наблюдаемый в экспериментах.

Вместе с парижской группой Ж. Далибара (J. Dalibard, Paris) были идентифицированы два режима для Бозе газа во вращающейся ловушке: режим, в котором размер разреженного газа в одном направлении неограниченно увеличивается, и режим, в котором только центр масс конденсата с межчастичным отталкиванием выходит из ловушки, тогда как размеры его практически не изменяются. В последнем случае газ представляет из себя уникальную систему, в которой отталкивательное взамодействие помогает частицам держаться вместе.

Совместно с группой А. Аспэ (A. Aspect, Orsay) были исследованы ионизирующие столкновения в Бозе-Эйнштейновском конденсате метастабильного триплетного гелия, который характеризуется большой положительной длиной рассеяния. Сравнение экспериментальных и теоретических результатов показывает, что увеличение числа надконденсатных частиц из-за сильного взаимодействия проявляется в скорости трехчастичных процессов.

Совместная работа с амстердамской группой Й. Валравена (J.T.M. Walraven, Amsterdam) посвящена формированию удлиненных Бозе-Эйнштейновских конденсатов в неравновесном состоянии. Теоретический анализ показывает, что конденсация появляется вследствие локальной термализации, когда время зарождения конденсата много меньше периода аксиальных осцилляций. Далее, мы вычисляем фокусировку конденсата – уменьшение его аксиального размера после выключения внешнего удерживающего потенциала, связанное с изначальными квадрупольными осцилляциями конденсата в ловушке. Из эксперимента мы находим длину фазовой когерентности, которая оказывается меньше аксиального размера газового облака. Это является индикатором того, что изначальное состояние системы есть неравновесный квазиконденсат.

Было исследовано взаимодействие сильного лазерного поля с атомно-молекулярными системами, в частности с кластерами, и генерация высоких гармоник. Работа проводится в сотрудничестве с Лабораторией аналитической лазерной спектроскопии и изучения поверхности Исследовательского центра Сакле, Франция и др.

В работах по изучению физики атмосферы был развит совершенно новый подход к параметризации газового поглощения атмосферной радиации. Его применение может позволить примерно в три раза увеличить быстродействие климатических моделей и существенно увеличить их точность. Работа проводится в сотрудничестве с университетом Токио и др. международными организациями. Также, совместно с ИФА РАН, проведено исследования влияния изменения соотношения ОРТО-ПАРА водяного пара на перенос атмосферной радиации.

Проводились теоретические исследования, посвященные наноструктурам типа железо-хром (сэндвичи, трислои и сверхрешетки), которые являются одними из наиболее интересных слоистых магнитных материалов, перспективных для сверхплотной записи информации. Эти системы представляют собой набор ферромагнитных (ФМ) слоев железа, разделенных антиферромагнитными (АФМ) прослойками хрома. Толщины ФМ слоев и АФМ прослоек варьируются от 10 А до 200 А, при этом возникают разнообразные типы магнитного упорядочения, сильно зависящие от температуры и качества поверхностей раздела железо-хром. В широкой области температур ниже 600 К имеют место явления гигантского магнитосопротивления, аномального эффекта Холла, обменного сдвига петли гистерезиса, неколлинеарного магнитного порядка. Также получены необычные магнитооптические и нейтронографические результаты. Работа посвящена построению теоретической модели, описывающей магнитные состояния в мультислоях типа железо-хром и способной объяснить связь между этими состояниями и необычными свойствами системы.

Предполагается, что главной особенностью, определяющей необычные свойства наноструктур типа железо-хром, является магнитное взаимодействие ФМ слоев через сильно коррелированные электроны в АФМ прослойке. Предложен механизм формирования ближнего порядка с волной спиновой плотности (ВСП) вблизи границы раздела железо-хром при температурах, существенно превышающих объемную температуру Нееля в хроме. Главной причиной возникновения ближнего порядка с ВСП является перераспределение зарядовой (и как следствие, спиновой) плотности в окрестности границы раздела железо-хром. В рамках разложения Гинзбурга-Ландау для свободной энергии системы найдены неоднородные коллинеарные и неколлинеарные магнитные структуры, построена магнитная фазовая диаграмма. На основе полученных результатов обсуждаются экспериментальные данные по сканирующей туннельной микроскопии, нейтронографии, магнитооптике, намагниченности и электросопротивлению.

В области исследований по мюонному катализу предложена новая модель процессов каскада в экзотических атомах для расчетов выходов -квантов К-серий при малых плотностях атомарного водорода. Полученные результаты хорошо согласуются с экспериментальными данными для тяжелых экзотических атомов (в частности, каонного и антипротонного водорода), в то время как величины выходов в легких pатомах при промежуточных значениях плотностей отличаются от измеренных почти в два раза (Рис.3). Отмеченное рассогласование непосредственно указывает на необходимость учета молекулярной структуры водорода при изучении столкновений экзотических атомов с водородом.





Рис.3. Экспериментальные и вычисленные зависимости выходов

K_x-серии (x=) -квантов от плотности водорода.


Рассмотрен новый механизм ускорения возбужденного p атома водорода. Показано, что благодаря Оже-процессу в столкновении p атома с водородом образуется молекулярный комплекс, который затем распадается, причем кинетическая энергия девозбужденного p атома может достигать величины ~100эВ.

Продолжено развитие методов решения кулоновской задачи трёх тел. Построена модель для описания состояний Зигерта в двухканальном приближении теории столкновений в системе трех частиц. Развитая теория позволяет рассчитывать положения и парциальные ширины резонансов в случае двух открытых каналов.

В области квантово-химических исследований проведено детальное исследование механизма формирования интенсивностей ИК- спектра слабосвязанного молекулярного комплекса H₂O…HF, образующегося в загрязнённой атмосфере химических, радиохимических и металлургических производств. Вычисленная интенсивность 3.2 км/моль валентных межмолекулярных колебаний в комплексе H₂O…HF является довольно слабой, что согласуется с ненаблюдаемостью этой полосы по результатам экспериментальных ИК- спектроскопических исследований газофазного комплекса H₂O…HF.

Исследована молекулярная структура комплексов НеT_n⁺(n = 3,5,7,9), образующихся в результате - распада трития в твёрдой фазе. На основе расчётов поверхностей потенциальной энергии определены устойчивые конфигурации комплексов HeT_n⁺, а также их равновесные геометрические и энергетические характеристики. Установлено строение двух координационных сфер в окрестности дефекта, образующегося в кристаллическом тритии после - распада одной из его молекул. Первая координационная сфера представляет собой тригональный ион T₃⁺, с вершинами которого поляризационными силами связаны три молекулы T₂ второй координационной сферы, а атом He оказывается за пределами второй координационной сферы.


Директор ИМФ Баранов В.Ю.


Ученый секретарь Зотин Г.Е.