Спектрометрия космических частиц и излучений, их влияние на климат Земли. Поиск антиматерии и темного вещества. Ядерно-физическая диагностика новых материалов и структур

В работе ставились следующие цели: спектрометрические исследования космических частиц и излучений, проблемы происхождения тяжелых ядер в космических лучах, гамма-диагностика высокотемпературной плазмы на современных токамаках, исследование генерации и поведения убегающих электронов на токамаках, исследования явлений, сопровождающих полевую электронную эмиссию, ядерно-физические методы модернизации полупроводниковых структур, оптимизация основных параметров трековых мембран, развитие физики и техники кремниевых детекторов ионов, описание свойств сверхтяжелых ядер, теоретические исследования в области хромодинамики. Можно выделить следующие результаты: Проведенный анализ прецизионных данных спектрометра AMS-02 международного орбитального эксперимента PAMELA по спектрам позитронов, антипротонов, вторичных ядер Li, Be и B указывает на коррелированные подъемы интенсивности при жесткостях ~ 50-1000 ГВ, которые можно связать с локальными источниками. Вклад локальных источников на фоне галактических космических лучей (ГКЛ) оценивается на уровне десятков процентов при жесткостях 1-5 ГВ и на уровне единиц процентов при жесткостях 50-1000 ГВ. Анализ данных AMS-02 для спектров антипротонов и позитронов при жесткостях 50-1000 ГВ дает отношеиие антипротонов и позитронов на уровне ~6%, указывающее на вторичную природу генерации антипротонов при обычных ядерных взаимодействиях в остатках SN, генерацию пар позитронов-электронов вблизи пульсаров и не оставляют оснований для интерпретации наблюдений с использованием гипотезы «темной материи». На циклотроне ФТИ им. А.Ф. Иоффе проведены измерения спектров гамма и нейтронного излучения из ядерной реакций 9Be(3He,nγ)11C. Спектры измерялись в энергетическом диапазоне ионов 3He от 2 до 10 МэВ. Измерения проводились с использованием сцинтилляционного детектора LaCl3(Ce), обеспечивающего отклик как на гамма-излучение, так и на нейтроны. Для построения нейтронных спектров был разработан алгоритм разделения событий, соответствующих нейтронному и гамма излучению по форме импульса. Разработанный алгоритм и полученные данные могут быть использованы при измерениях выхода нейтронов из токамаков, а также в ядерно-физических исследованиях. Продолжено изучение ускоренных (убегающих) электронов измеренному жесткому рентгеновскому излучению (HXR), а также быстрых ионов по спектрам нейтронного излучения из плазмы токамака Глобус-М2. Восстановление спектров HXR и нейтронного излучения из измеренных спектрометрами сигналов проводилось с помощью разработанного кода DeGaSum. Получены новые данные о распределении локального электрического поля и коэффициента усиления поля по поверхности наноэмиттеров различной геометрии. Проведён анализ сдвига степени в предэкспоненциальном множителе напряжения основного уравнения полевой эмиссии в зависимости от формы острия полевого эмиттера. Изучена функциональная зависимость площади эмиссии от приложенного напряжения и формы эмиттера в виде степенной функции. Разработана формула полевой эмиссии и новые координаты для обработки вольтамперных характеристик, которые позволяют почти в два раза увеличивать точность определения площади эмиссии (с точностью до 1 % во всем диапазоне полей). Обнаружена оптимальная форма высот наноэмиттеров в массиве острий, позволяющая на порядок увеличивать стабильность полевой эмиссии. При облучении образцов SiC ионами аргона изучались влияние облучения на электрофизические и оптические характеристики ультрафиолетовых Cr/4H-SiC-фотоприемников спектрального диапазона 200-400 нм. После однократного облучения ионами Ar с энергией 53 МэВ флюенсом 1•1010 см-2 значения квантовой эффективности фотоприемников практически оставались на уровне исходных образцов за счет "эффекта геттерирования" простых радиационных дефектов кластерными образованиями. После повторного облучения фотоприемников ионами Ar общим флюенсом 2•1010 см-2 наблюдался распад кластеров, образование значительного количества простых дефектных центров, что приводило к снижению времени жизни носителей тока и фотопроводимости Cr/4H-SiC-детекторов. Были продолжены работы по оптимизация основных параметров трековых мембран на этапах ионного облучения и последующей обработки облученной пленки по характеристикам производительности и прочности. Основное внимание было уделено повышению точности определения флюэнса потоков многозарядных ионов в зависимости от давления остаточного газа, используемых в различных научных и практических задачах, в первую очередь при производстве рулонных мембранных материалов. Радиационная деградация кремниевых детекторов ионов становится критической для экспериментов на новых установках, позволяющих увеличить интенсивность пучка до 105 раз. Исследование было сконцентрировано на влиянии сильно поврежденной области пика Брэгга (BPR) на конце пробега ионов на объемный ток кремниевых сенсоров, облученных ионами 40Ar с энергией 53.4 МэВ в диапазоне доз (1 ‒ 4)109 ион/см2. Показано, что учет только составляющей тока генерации недостаточен для объяснения экспериментальных вольтамперных характеристик (ВАХ). Моделирование ВАХ и профилей электрического поля продемонстрировало возникновение встроенного перехода в области пика Брэгга, который контролирует диффузию дырок при напряжениях ниже полного напряжения обеднения. Вклад этой составляющей в общий ток диода позволил получить соответствие экспериментальных и смоделированных ВАХ. Проведены испытания ослабления нейтронных потоков опытными образцами нейтронозащитного композиционного материала на основе цельной уплотненной борированной древесины. Сравнение с образцами борированного полиэтилена NEUTROSTOP показало меньшую эффективность ослабления потоков быстрых и медленных нейтронов. Изучены особенности ротационных полос в тяжелых и сверхтяжелых ядрах. Представлено дальнейшее развитие расширенной микроскопической версии модели взаимодействующих бозонов (МВБ) за счет рассмотрения двухквазичастичных фононов с мультипольностью J = 14+. Разработанная теоретическая схема применена для описания свойств состояний ираст-полосы в ядре 248Cm со спинами вплоть до 34+. Выполнено вычисление в дважды-логарифмическом приближении (ДЛП) структурной функции F2 глубоко-неупругого рассеяния (ГНР) лептонов на адронах при высоких энергиях. В случае, когда и сталкивающийся адрон, и лептон неполяризованы, т.е. когда ориентация их спинов произвольна, сечение ГНР параметризуется структурными функциям F1 и F2 , которые вычисляются с использованием уравнения эволюции БФКЛ (Балицкий-Фадин-Кураев-Липатов). Ранее были вычислены в ДЛП поправки к F1БФКЛ и эти поправки оказались значительными, что и побудило применить к функции F2 тот же подход.