Главные научные результаты, полученные учеными НИИ ЯП БГУ в 2017 г. в области прикладных научных исследований

- Создана модель облучения человека в процедуре рентгеновского томографического исследования на основе метода Монте-Карло. Разработан и верифицирован метод ускоренного расчета доз облучения органов и тканей пациента. Получены оценки распределения доз облучения в теле человека для основных процедур компьютерной томографии с различными наборами технических параметров. Рассчитаны компьютерно-дозиметрические индексы дозы для используемых на практике значений напряжения на рентгеновской трубке и конфигураций фильтра излучения. Исследована взаимосвязь между величиной слоя половинного ослабления излучения и толщиной эквивалентного алюминиевого фильтра рентгеновского аппарата. Полученные результаты будут использованы для формирования массивов значений коэффициентов перехода от измеренного компьютерно-дозиметрического индекса дозы конкретного компьютерного томографа к поглощенным дозам облучения органов и тканей пациента, получаемых в различных процедурах исследования. В дальнейшем эти данные должны быть положены в основу автоматизации расчетов дозовых нагрузок людей, получаемых в процедурах компьютерной томографии, с учетом технических особенностей томографа и антропометрических характеристик пациента.

- Впервые разработан способ получения планарных наногетероструктур Co/графен/SiO2//Si путем электрохимического осаждения кобальта на подложку SiO2//Si с поверхностным слоем CVD графена, содержащую изолированные наночастицы типа «ядро Co–оболочка CoO» и характеризующуюся коэрцитивной силой (магнитожесткостью) до 300 Э и электросопротивлением до 0,55 кОм·м (подана заявка 2017/EA10094 на изобретение «Способ электрохимического получения композиционного материала графен-наночастицы Co/CoO» о выдаче Евразийского патента 01.12.2017 г.).

- Получены ограничения на степень предварительной модуляции электронного пучка, необходимую для создания мощного источника терагерцового электромагнитного излучения, основанного на когерентной фазировке колебаний от нескольких короткоимпульсных квазичеренковских генераторах, работающих в импульсно-периодическом режиме.

- Проведены межлабораторные испытания метода прямого определения летучих компонентов («токсичных микропримесей») в спиртосдержащей продукции. Приготовлены стандартные образцы (СО) количественного содержания летучих компонентов в водно-этанольном растворе с объемным содержанием этанола 40%. Набор СО, состоящий из 6 стандартных микровиал объемом 2 мл вместе с актом отбора проб были переданы 8 участникам МЛИ. Анализ результатов показал, что получаемые высокие метрологические характеристики предложенного метода прямого определения количественного содержания летучих компонентов в спиртосодержащей продукции указывает на перспективность его применения в качестве референсного стандарта.

- Разработан ряд узлов электроники считывания и обработки сигналов для датчиков сложных технических систем, включая космические, на основе радиационно-стойкого базового структурного кристалла и full custom на основе bi-CMOS с проектными нормами 180 нм. В частности, электроника будет использоваться для создания установки MPD проекта NICA (ОИЯИ, г. Дубна).

- Проведено GEANT4 моделирование чувствительности нейтронных детекторов, содержащих литий, гадолиний, бериллий. Установлено, что для гадолиний-содержащих детекторов, где поглощение нейтронов сопровождается испусканием гамма-квантов, предпочтительна регистрация нейтронов по наиболее интенсивным мягким группам линий гамма-излучения с энергиями 80 и 190 кэВ. Разработан экспериментальный образец детектора тепловых и надтепловых нейтронов с повышенной загрузочной способностью на основе активированного церием галлий-алюмо-гадолиниевого граната Gd3Al2Ga3O12 (GAGG:Ce).

- Выполнены исследования эффективности применения СВЧ излучения для термообработки диэлектрических материалов. Рассмотрен механизм взаимодействия микроволнового излучения с диэлектрическими средами.

- Выполнен расчет многомодовых высокодобротных резонансных преобразователей, работающих в условиях сильных электрических и магнитных полей. Выполнен комплекс исследований физико-химических характеристик трансформаторного масла методами микроволновой диэлектрометрии и влагометрии.

- Выполнено экспериментальное исследование резонансных характеристик сформированных нанокомпозитов в частотной области от 1 до 78 ГГц.

- Выполнен расчет оптимального возбуждения многомодовой резонансной СВЧ системы; разработан и изготовлен макет оборудования многомодовой резонансной идентификации и контроля материалов.

- Исследованы особенности воздействия электромагнитного излучения мм диапазона длин волн на модельные биологические объекты. Определен характер и степень влияния электромагнитного излучения мм диапазона длин волн на клеточные структуры. Выполнены исследования эффектов и постэффектов действия электромагнитного излучения мм диапазона длин волн на отдельные биообъекты в модельных условиях.

- Обнаружена причина защёлкивания многоканальных интегральных микросхем (ИМС) усилителей с низкоомным входом для регистрации сигналов от газоразрядных мини-дрейфовых трубок с открытой геометрией катода мюонных систем установок PANDA/FAIR (Институт JSI, г. Дармштадт, Германия) и NICA-MPD (ОИЯИ, г. Дубна Московской обл., Россия). Показано, что с учетом новой для ОАО «Интеграл» комплементарной биполярной СВЧ-технологии, карманы головных транзисторов pnp-типа необходимо окружать охранными кольцами во избежание тиристорных эффектов. Введение охранных колец позволяет изготавливать многоканальные ИМС усилителей с низкоомным входом, обеспечивающие высокую устойчивость к высоковольтному пробою в недоступных для замены плат электроники частях мюонной системы.

- Разработан алгоритм калибровки энергии адронных струй методом прямого баланса поперечных импульсов Z-бозона и лидирующей струи. Получены калибровочные коэффициенты энергии адронных струй, реконструированных оффлайн в детекторе АТЛАС при протон-протонных столкновениях с энергией 13 ТэВ. Разработаны методы калибровки энергий адронных струй, реконструированных онлайн в триггере высшего уровня.

- Построен Монте-Карло генератор для симуляции процесса рождения дополнительного фотона как фонового к реакции Бете-Гайтлера и его интерференции с глубоко-виртуальным комптоновским рассеянием в лидирующем приближении.

- Проведен анализ статистических характеристик лазерных сигналов обратного рассеяния и влияния квантовых шумов на характеристики обнаружения различных оптических неоднородностей и объектов в токовом, многофотонном и однофотонном режимах. Разработана структурно-операторная модель широкодиапазонногофотодетектирования лазерных сигналов в токовом и многофотонно-однофотонном режимах с адаптивной регулировкой чувствительности и автоматической коммутацией фотодетекторных каналов. Разработан метод адаптивного обнаружения малоразмерных объектов с низкой отражающей способностью (менее 1%) для обнаружения сверхмалых аэрозольных образований и малоразмерных объектов. На основе критерия Неймана-Пирсона проведено математическое моделирование обнаружительной способности метода. Показано повышение чувствительности и достоверности обнаружения малоразмерных слабоконтрастных объектов на 200 – 300% по сравнению с традиционными методами.

- Разработаны и переданы в опытную эксплуатацию макеты модуля контроля (надзора) за обеспечением безопасности при сооружении и вводе в эксплуатацию Белорусской АЭС и модуля контроля (надзора) за радиационной безопасностью источников ионизирующего излучения. Данная работа важна для организации системы информационной поддержки Госатомнадзора, упрощения создания, ускорения получения и повышения сохранности информации и данных по контролю (надзору) в области ядерной и радиационной безопасности.

- Разработаны модели и создана библиотека констант для отражателя и отдельных тепловыделяющих сборок с помощью Монте-Карло кода Serpent для реактора ВВЭР-1200 Белорусской АЭС для проведения детерминистического анализа безопасности. Выполненный анализ проектной аварии "Выброс одного органа регулирования системы управления и защиты" показывает безопасное протекание данной аварии (отсутствие плавления топлива и повреждения оболочек твэлов) для Белорусской АЭС.

- Разработана архитектура Интеллектуальной информационной системы сотрудника Госатомнадзора Республики Беларусь для обеспечения контроля (надзора) в области ядерной и радиационной безопасности. Продемонстрирована возможность, созданы все предпосылки, включая разработку технического задания, для начала программной реализации Модуля учета и контроля ядерных материалов, радиоактивных отходов и отработавшего ядерного топлива в рамках данной Интеллектуальной информационной системы.

- Проведен анализ электродинамики и конструкции коаксиальных СВЧ резонаторов. Разработаны научно-технических принципы согласования сверхпроводящих четвертьволновых коаксиальных резонаторов на частоту 162 МГц при комнатной температуре и температуре 4,2 К. Выполнен расчет устройства связи четвертьволнового коаксиального резонатора. Разработано техническое задание на устройство связи четвертьволнового коаксиального резонатора.

- Разработаны и испытаны прототипы электроники системы низковольтного питания и медленного контроля субдетектора «время – проекционная камера» (TPC) установки MPD (ОИЯИ, РФ); отработана конструкция и технологии изготовления считывающего электрода TPC; разработаны конструктивные элементы и технологическая оснастка (сборка) установки MPD.

- Проведено моделирование характеристик чувствительности нейтронных детекторов, содержащих литий, гадолиний, бериллий. Установлено, что для гадолиний-содержащих детекторов, где поглощение нейтронов сопровождается испусканием гамма-квантов, предпочтительна регистрация нейтронов по наиболее интенсивным мягким группам линий гамма-излучения с энергиями 80 и 190 кэВ. Разработан экспериментальный образец детектора тепловых и надтепловых нейтронов с повышенной загрузочной способностью на основе активированного церием галлий-алюмо-гадолиниевого граната Gd3Al2Ga3O12 (GAGG:Ce).

- Выполнены исследования эффективности применения СВЧ излучения для термообработки диэлектрических материалов. Рассмотрен механизм взаимодействия микроволнового излучения с диэлектрическими средами.

- Выполнен расчет многомодовых высокодобротных резонансных преобразователей, работающих в условиях сильных электрических и магнитных полей. Выполнен комплекс исследований физико-химических характеристик трансформаторного масла методами микроволновой  диэлектрометрии и влагометрии.

- Выполнено экспериментальное исследование резонансных характеристик сформированных нанокомпозитов в частотной области от 1 до 78 ГГц.

- Выполнен расчет оптимального возбуждения многомодовой резонансной СВЧ системы; разработан и изготовлен макет оборудования многомодовой резонансной идентификации и контроля материалов.

- Исследованы особенности воздействия электромагнитного излучения мм диапазона длин волн на модельные биологические объекты. Определен характер и степень влияния электромагнитного излучения мм диапазона длин волн на клеточные структуры. Выполнены исследования эффектов и постэффектов действия электромагнитного излучения мм диапазона длин волн на отдельные биообъекты в модельных условиях.

- Проведен анализ статистических характеристик лазерных сигналов обратного рассеяния и влияния квантовых шумов на характеристики обнаружения различных оптических неоднородностей и объектов в токовом, многофотонном и однофотонном режимах. Разработана структурно-операторная модель широкодиапазонного фотодетектирования лазерных сигналов в токовом и многофотонно-однофотонном режимах с адаптивной регулировкой чувствительности и автоматической коммутацией фотодетекторных каналов. Разработан метод адаптивного обнаружения малоразмерных объектов с низкой отражающей способностью (менее 1%) для обнаружения сверхмалых аэрозольных образований и малоразмерных объектов. Проведено математическое моделирование обнаружительной способности метода. Показано повышение чувствительности и достоверности обнаружения малоразмерных слабоконтрастных объектов на 200 – 300% по сравнению с традиционными методами.

-Разработаны и переданы в опытную эксплуатацию макеты модуля контроля (надзора) за обеспечением безопасности при сооружении и вводе в эксплуатацию Белорусской АЭС и модуля контроля (надзора) за радиационной безопасностью источников ионизирующего излучения.

- Разработаны модели и рассчитана библиотека констант для отражателя и отдельных тепловыделяющих сборок с программы Serpent для реактора ВВЭР-1200 Белорусской АЭС. Выполненный анализ проектной аварии "Выброс одного органа регулирования системы управления и защиты" показывает безопасное протекание данной аварии (отсутствие плавления топлива и повреждения оболочек твэлов) для Белорусской АЭС.

- Проведен анализ электродинамики и конструкции коаксиальных СВЧ резонаторов. Разработаны научно-технические принципы согласования сверхпроводящих четвертьволновых коаксиальных резонаторов на частоту 162 МГц при комнатной температуре и температуре 4,2 К. Выполнен расчет устройства связи четвертьволнового коаксиального резонатора.

- Разработаны и испытаны прототипы электроники системы низковольтного питания и медленного контроля субдетектора «время – проекционная камера» (TPC) установки MPD (ОИЯИ, РФ); отработана конструкция и технология изготовления считывающего электрода TPC; разработаны конструктивные элементы и технологическая оснастка (сборка) установки MPD.