Студентам и абитуриентам
ЛАБОРАТОРИЯ НЕЙТРОННОЙ ФИЗИКИ (ЛНФ)
1. Исследование структуры магнитных эластомеров с помощью методов малоуглового рассеяния нейтронов и рентгеновского излучения
Науч. рук. Балашою Мария, к.ф.-м.н., в. н. с. группы №3 ДН-12 сектора №1 Дифрактометрии НЭОНИКС ОНИРКС
Аннотация
Магнитные эластомеры (МЭ) представляют собой композит, принадлежащий к классу так называемых “интеллектуальных материалов”, которые сочетают в себе особые свойства эластомерной матрицы и магнитные характеристиками, создаваемые с помощью магнитного микро или нанодисперсного наполнителя.
Все это дает им большой потенциал для применения в различных промышленных, технических и медицинских областях.
Различные макроскопические свойства МЭ в основном определяются физико-химическими свойствами каждого компонента, их взаимодействием и внутренней структурой композита.
2. Взаимосвязь между химическим составом, структурой и гальваномагнитными свойствами твердых растворов (Sr1-xLax)2(Сr1+yMo1-y)O6-d
Науч. рук. Бобриков Иван Анатольевич, кан. физ.-мат. наук, стар. науч. сот. группы №1 ФДВР/ФСД сектора №1 Дифрактометрии НЭОНИКС ОНИРКС
Аннотация
В настоящее время ведется активный поиск новых магнитных полупроводников легированных ионами переходных металлов для применений их в спинтронике. В течение последних лет большое внимание специалистов в области функциональных материалов вызывают соединения переходных элементов со структурой двойного перовскита, которые обладают высокой химической стабильностью в восстановительной атмосфере, большими значениями температуры Кюри, высокой степенью спиновой поляризации электронов проводимости, а также низкими значениями управляющих магнитных полей (< 0,5 Тл). Одним из перспективных материалов являются магнитные полуметаллы.
Глобальной целью настоящей исследовательской работы является установление взаимосвязи между химическим составом, кристаллической, магнитной структурой и характером обменных взаимодействий между ионами переходных элементов в твердых растворах в зависимости от катионного состава, а также установление причин образования метастабильных магнитных состояний в составах при которых наблюдается значительное увеличение величины магнитосопротивления и температуры Кюри. Для реализации этой цели необходимо провести исследование магнитной структуры выше обозначенных соединений двойного перовскита при различных температурах с помощью дифракции нейтронов, что и предлагается сделать студенту в ходе выполнения выпускной работы.
3.1. Создание высокоэффективных нейтронных детекторов (на основе 3He, 6Li и 10В) для исследования в области ядерной физики, физики конденсированного состояния и физики высоких энергий
3.2. Разработка электронной системы накопления и анализа экспериментальных данных с нейтронных детекторов
Науч. рук. Боднарчук Виктор Иванович, к. ф.-м. н., начальник Научно-экспериментального отдел комплекса спектрометров ИБР-2 ОНИРКС
Аннотация
Цель работы. Выбор конструкции детектора, моделирование работы и расчеты основных характеристик. Создание детектора, наладка и проведение физических измерений на нейтронном пучке
Разработка детекторной электроники (front-end и DAQ system). Моделирование аналоговой электроники и создание программного обеспечения для системы накопления и анализа данных на основе FPGA (разработка принципиальных схем и печатных плат и настройка электронных блоков), наладка и проведение физических измерений на нейтронном пучке.
Детекторы для регистрации нейтронов являются эффективным средством для решения многих задач такие как:
- в области ядерной физики для исследования ядерных реакций, реакции ядерного деления и рассеяния нейтронов;
- в области физики конденсированного состояния для исследования кристаллической структуры и атомной динамики кристаллов, содержащих молекулярные ионы и пр.;
- в области физики высоких энергий для исследования редких событиях.
Электронная система накопления и анализа данных является неотьемлемой частью любого детектора, она включает:
- аналоговой часть: предусилители, усилители, дискриминаторы и др.)
- цифровая часть: многоканальные диджитайзеры, цифровые блоки для накопления и фильтрации данных с детекторов на основе программируемых логических матриц (FPGA).
Изучение перечисленных задач носит как прикладное, так и фундаментальное значение для целей реакторостроения, материаловедения и пр.
Основные установки: нейтронный источник, реактор ИБР-2 ЛНФ ОИЯИ.
Желаемые знания и навыки, образование: физико-техническое, специальности связанные с программированием и моделированием.
4. Применение нейтронной корреляционной фурье-дифрактометрии высокого разрешения для исследования остаточных напряжений в сварных соединениях
Науч. рук. Бокучава Гизо Дазмирович, к.ф.-м.н., начальник сектора №1 Дифрактометрии НЭОНИКС ОНИРКС
Аннотация
Целостность и безопасность конструкций, изделий, сварных соединений и т.д. определяются прочностными свойствами материалов и, кроме того, внутренними остаточными напряжениями в них. Оценка внутренних напряжений в эксплуатируемых конструкциях и изделиях является одной из ключевых задач, решение которой позволяет оптимизировать технологический процесс, предсказать остаточный ресурс изделия и избежать разрушения. Основной целью работы является изучение распределения остаточных напряжений и микродеформаций в сварных соединениях, полученных различными методами сварки, с помощью дифракции тепловых нейтронов, а также изучение влияния различных параметров сварочного процесса на распределение остаточных напряжений.
5. Влияние нейтронного излучения на структуру и некоторые свойства реакторного сплава САВ1
Науч. рук. Булавин Максим Викторович, кан. физ.-мат. наук, нач. сектора нового источника и комплекса замедлителей Научно-экспериментального отдела комплекса спектрометров ИБР-2 ОНИРКС
Аннотация
Известно, что под действием нейтронного излучения в конструкционных материалах ядерных реакторов происходят структурные и фазовые превращения, которые существенно изменяют физические свойства материалов, а также могут приводить к радиационному охрупчиванию, радиационной ползучести и радиационному распуханию. Такие характеристики как прочность, микротвердость, теплопроводность, электропроводность и т.д., наряду с коррозионной стойкостью, являются основными при оценке и сравнении конструкционных материалов с точки зрения современных требований к безопасности эксплуатации ядерных реакторов.
В настоящее время в ядерных реакторах различного типа в качестве конструкционных материалов широко используются алюминиевые сплавы, отличающиеся от других материалов прочностью, высокой пластичностью, устойчивостью к коррозии и большим запасом ползучести. Сплавы АМГ-2 и САВ-1 относятся к группе алюминиевых деформируемых сплавов. Их физические свойства зависят в основном от соотношения концентрации в них алюминия и основных легирующих элементов – магния, кремния, марганца. Несмотря на низкую температуру плавления, высокая теплопроводность и слабая подверженность радиационному повреждению позволяет эксплуатировать конструкции на их основе при значительных тепловых нагрузках, в частности, изготавливать защитные оболочки ТВЭЛов и различные конструкции в активной зоне реакторов, работающих в широком диапазоне радиационных полей.
В реакторах типа ВВР-С в тепловыделяющих элементах (ТВЭЛ) и сборках (ТВС) также используют алюминиевые сплавы марки САВ-1 и АМГ-2, отличающиеся от других материалов своими улучшенными физико-механическими свойствами, в частности, сверхпрочностью, высокой коррозионной стойкостью, большим запасом ползучести и т.п. В исследовательском реакторе ВВР-СМ (г. Ташкент, Узбекистан) сплав САВ-1 служит основным материалом активной зоны, из которого изготовлены ТВЭЛы и элементы внутрикорпусных устройств.
Для продления срока эксплуатации ядерных энергетических установок актуальна разработка методов оценки ресурса их работы. Поэтому важной задачей является исследование состояния конструкционных материалов активных зон ядерных реакторов, облученных потоками быстрых нейтронов до высоких флюенсов (2?1022 н/см2 – как допустимый, и выше), а также установления механизмов радиационных повреждений в сплавах, начиная уже с флюенса 1016 н/см2.
6. Исследование структуры биогибридных наноматериалов
Науч. рук. Горшкова Юлия Евгеньевна, к.ф.-м.н., н.с. группы ЮМО НЭОНИКС ОНИРКС
Аннотация
Актуальным направлением в разработке новых биоцидов является «зеленый» синтез наночастиц (НЧ) различных металлов (Au0, Ag0,Cu0, …). Спектр применения таких биоцидов весьма широк: от биомедицины до химической промышленности и сельского хозяйства.
Целью работы является изучение свойств и структуры НЧ Cu0 и/или Ag0, стабилизированных биосовместимыми водорастворимыми сополимерами и поверхностно-активными веществами, и их взаимодействие с биологическими мембранами.
Основные методы исследования: малоугловое нейтронное и рентгеновское рассеяние; комплементарные методы: динамическое рассеяние света, атомно-силовая и просвечивающая микроскопия.
7. Изучение элементного состава средневековой керамики методом нейтронного активационного анализа
Науч. рук. Дмитриев А.Ю. к.ф.-м.н., начальник группы Нейтронного активационного анализа установки ИРЕН Отделения ядерной физики
Аннотация
В настоящее время при изучение археологического керамического материала одними из наиболее важных являются вопросы о местах производства керамической посуды и об источниках глиняного сырья. Ответить на подобные вопросы без изучения элементного состава оказывается трудно, а подчас и невозможно.
В Лаборатории нейтронной физики им. И. М. Франка ОИЯИ проводятся пилотные работы по изучению элементного состава керамической массы средневековых изделий методом нейтронного активационного анализа (НАА). Перспективы использования НАА в археологических исследованиях представляются многообещающими благодаря тому, что этот метод является многоэлементным и обладает чувствительностью, нередко превышающей чувствительность иных способов получения сведений о химическом составе керамических материалов.
В рамках дипломной работы в химической лаборатории необходимо провести подготовку исследуемых образцов к облучению. Пробоподготовка включает очистку образцов, измельчение, сушку, взвешивание и упаковку для облучения. Далее облучить исследуемые образцы на нейтронных источниках ЛНФ ОИЯИ: установке ИРЕН или реакторе ИБР-2. После облучения измерить спектры наведённой активности, обработать полученные спектры и рассчитать массовые доли найденных элементов. На основе полученных данных необходимо сделать предположения о локализации производственного центра.
В процессе работы студент должен изучить НАА, освоить современное программное обеспечение для автоматического измерения и обработки спектров наведенной активности, для расчета массовых долей элементов в исследуемых образцах, а также освоить работу с базой данных НАА.
8. Разработка быстродействующих преобразователей время–код (TDC) на основе ПЛИС (FPGA) для построения систем сбора данных с позиционно-чувствительных детекторов (ПЧД) нейтронов на основе линии задержки
Науч. рук. Дроздов Владимир Александрович, ведущий инженер, сектор№1 детекторов и электроники НЭОКС ОНИРКС ЛНФ
Задачи
1. Определить требования, предъявляемые к TDC в системе сбора данных с ПЧД.
2. Рассмотреть различные варианты реализации TDC на основе FPGA.
3. Выбрать оптимальный вариант TDC с учётом требований построения систем сбора данных ПЧД на нейтронных спектрометрах.
4. Разработать проект реализации TDC на отладочной плате с FPGA CYCLONE V SOC.
5. Исследовать характеристики разработанного кодировщика TDC.
6. Разработать вариант съёма данных с ПЧД на основе линии задержки с использованием отладочной платы FPGA.
9. Определение элементного состава геологических пород методом нейтронного активационного анализа
Науч. рук. Зиньковская Инга, к. х. н., с. н. с., Сектор нейтронного активационного анализа и прикладных исследований, Отделение ядерной физики, ЛНФ
Аннотация
В геологических исследованиях крайне важно обеспечить правильность и точность выполнения элементного анализа, так как содержания, равно как и отношения содержаний различных элементов, помогают определить происхождение пород, степень химического выветривания и другие показатели. Нейтронный активационный анализ – высокочувствительный, точный метод, используемый для определения более 40 элементов в геологических породах. Определение элементного состава геологических пород методом нейтронного активационного анализа будет реализовано на установке РЕГАТА (реактор ИБР-2, ОИЯИ, Дубна). Полученные данные позволят определить происхождение пород, условия их формирования и оценить возможное антропогенное загрязнение.
10. Молекулярно-динамическое моделирование (от атомных фрагментов до молекулярных соединений)
Науч. рук. Холмуродов Холмирзо Тагойкулович, д. ф.-м. н., в. н. с. группы ГРЕЙНС НЭОНИКС ОНИРКС
Аннотация
Целью настоящего проекта является освоение курса «Молекулярно-Динамического (МД) Моделирования» на конкретных примерах из физики, химии и биомолекулярных исследований, выполненных в сочетании с экспериментами по рассеянию нейтронов. В рамках курса будут освоены уравнения движения, потенциалы и основные соотношения современных методов и быстрых алгоритмов МД-моделирования. Будут рассмотрены особенности применения компьютерных кодов многоцелевого использования для МД моделирования самых разнообразных молекулярных систем - от простых атомарных фрагментов до ионных структур, полимеров и биохимических макромолекул. Будут представлены описания и применения гибридных методов МД-моделирования (квантово-химические потенциалы с вычислением классических атомных траекторий).
Молекулярное моделирование и компьютерный дизайн физических и биохимических наноструктур, систем и соединений; компьютерный молекулярный дизайн новых заданных свойств молекулярной структуры с требуемыми в эксперименте (рентгено-структурному анализу, спектроскопии и мало-угловому рассеянию нейтронов) параметрами.
Компьютерно-медицинская химия: компьютерный дизайн химических молекул; молекулярное моделирование взаимодействий лиганд-рецептор; молекулярный дизайн физиологически активных соединений и препаратов; компьютерные методы, используемые в дизайне лекарственных препаратов: так называемый ― drug design. Компьютерный дизайн веществ в химической промышленности и индустрии: магнитные коллоидные жидкости, полимеры, т.п.
Практические аспекты применения метода МД-моделирования на конкретных (собственных) примерах, выполненных с участием студентов и аспирантов руководителя проекта (в рамках студенческих магистерских и аспирантских заданий).
Основные методы исследования: молекулярно-динамическое (МД) моделирование, малоугловое нейтронное и рентгеновское рассеяние; комплементарные методы - корреляция статистики МД анализа с экспериментами по рассеянию нейтронов.
11. Молекулярная динамика структурных и функциональных свойств биосовместимых наносистем
Науч. рук. Холмуродов Холмирзо Тагойкулович, д. ф.-м. н., в. н. с. группы ГРЕЙНС НЭОНИКС ОНИРКС
Аннотация
Целью предлагаемого проекта является исследование структурных и функциональных свойств биологических макромолекул (ПРОТЕИНОВ, ФЕРМЕНТОВ, ЛИПИДНЫХ МЕМБРАН) с металлическими и металло-оксидными наночастицами (НЧ) и твердыми поверхностями. Будут реализованы компьютерные расчеты на основе применения современных и эффективных методов молекулярно-динамического (МД) моделирования с графическими и параллельными GPU/CPU алгоритмами. Исследование особенностей взаимодействия биомолекул с НЧ и поверхностей (кандидатов биосовместимых водорастворимых систем) на основе методов МД-моделирования обеспечивает получения функциональных и структурных данных наносистем на атомно/молекулярном уровне. Предполагается выполнения анализ и интерпретации данных МД моделирования в корреляции с экспериментами по рассеянию нейтронов.
Основные методы исследования: молекулярно-динамическое (МД) моделирование, малоугловое нейтронное и рентгеновское рассеяние; комплементарные методы - корреляция статистики МД анализа с экспериментами по рассеянию нейтронов.
12. Исследования молекулярной динамики и структурных фазовых переходов в биологически активных органических веществах и соединениях с ионно-молекулярными включениями
Науч. рук. Худоба Дорота Марта (Chudoba Dorota Marta), к. ф.-м.н., начальник группы НЕРА НЭОНИКС ОНИРКС
Аннотация
Предметом работы является исследование динамики метильных групп в биологически активных образцах. Исследование планируется с помощью 1Н ЯМР, неупругого некогерентного рассеяния нейтронов и квантовой химии: DFT и полуэмпирическими методами. Критерий выбора тестируемых соединений связан с их биологической активностью.
Значительная часть этой работы будет выполнена в ЛНФ ОИЯИ (измерения с использованием спектрометра NERA и расчеты). Измерения ЯМР будут проведены в Университете Адама Мицкевича в Познани и Западно-Поморском технологическом университете, Польша.
13. Исследование новых органических комплексов как материалов с потенциальными нелинейными свойствами
Науч. рук. Худоба Дорота Марта (Chudoba Dorota Marta), кан. физ.-мат. наук, начальник группы НЕРА НЭОНИКС ОНИРКС
Аннотация
Проект сфокусирован на изучении новых органических комплексов в качестве материалов с потенциальными нелинейными свойствами (НЛО). Целью представленного проекта будет поиск новых органических соединений с нецентросимметричной молекулярной структурой, которые могут быть потенциальными материалами, проявляющими нелинейные оптические свойства и другие электрооптические эффекты. Исследования в основном сосредоточены на синтезе и спектроскопическом анализе новых молекулярных комплексов (созданных либо посредством водородных связей и переноса заряда, то есть так называемых комплексов с переносом заряда (charge-transfer, CT комплексы), которые, независимо от желаемой нецентросимметричной молекулярной структуры, необходимы для соединений, обладающих потенциальными свойствами НЛО. Наше исследование посвящено проблеме взаимодействия переноса заряда в молекулярных системах. Молекулярные СТ комплексы вызывают все больший интерес в связи с открытием в молекулярных материалах таких явлений, как электропроводность (и даже сверхпроводимость) и сегнетоэлектричество. Свойства таких материалов зависят от потенциала ионизации и электронного сродства взаимодействующих компонентов, а также от структурных параметров, особенно в случае π–π донорных акцепторных комплексов. Мы планируем измерения НЛО для нецентросимметричного кристалла полученных комплексов и, если возникнет необходимость – охарактеризовать комплексы как потенциальные НЛО новые материалы технологического значения.
Цель наших исследований – собрать новую информацию об этих системах на основе результатов неупругого рассеяния нейтронов и расчетов DFT (density functional theory – теория функционала плотности). Первым шагом в наших поисках является поиск подходящих доноров электронов, содержащих группы СН3, которые могут образовывать комплексы с различными акцепторами. Мы предполагаем, что вначале наиболее удобными могут быть комплексы пикриновой кислоты и различных изомерных диметилпиридиновых (лутидиновых) оснований.
Часть этой работы будет выполнена в ЛНФ ОИЯИ в Дубне, Россия (измерения с использованием спектрометра NERA и расчеты). Дополнительные измерения будут проведены в Университете Адама Мицкевича в Познани и Западно-Поморском технологическом университете, Польша.
14. Режимы работы рефрижератора 3Не с предохлаждением криокулером замкнутого цикла.
Науч. рук. Черников Александр Николаевич, кан. тех. наук, стар. науч. сотр. группы №2 «окружения образца и криогенных исследований» НЭОКС ОНИРКС
В Лаборатории нейтронной физики ОИЯИ разрабатываются газовые детекторы нейтронов с 3Не. При заполнении этих детекторов 3Не возникает актуальная задача, а именно, проблема очистки и сжатия газообразного 3Не. Одним из способов очистки 3Не от примесей является охлаждение его до низких температур, при которых все примеси вымораживаются. С другой стороны, актуальным направлением В ЛНФ ОИЯИ является разработка установок с температурами ниже 1 К. Для решения этих задач был создан рефрижератор 3Не, позволяющий поддерживать температуры до 0.5 К. Особенность этого рефрижератора – использование криокулера замкнутого цикла в качестве базового охладителя. Важным аспектом данных разработок является контроль режимов работы рефрижератора для каждого температурного уровня. В данной магистерской работе будет изучаться диапазон температурных уровней от 2 до 5 К, переходы от одного температурного уровня к другому. Кроме того, как правило, для заполнения детекторов газообразным 3Не требуется получение давления газа не менее 7 бар. Будет проводится эксперимент по получению 3Не давлением до 120 бар путем использования сорбционного насоса, также охлаждаемого криокулером замкнутого цикла.
