Краткая информация
Область научных интересов: нейтронная физика, физика конденсированного состояния, ядерная физика, материаловедение, приборы и методы экспериментальной физики.
Имеет опыт организации и проведения нейтронных и рентгеновских исследований конструкционных, геологических и археологических объектов.
Назаров К.М. принимал активное участие в создании и эксплуатации экспериментальных установок по методу нейтронной томографии TITAN и нейтронной рефлектометрии ARMAN на горизонтальных каналах реактора ВВР-К. Сегодня занимается разработкой установки порошковой дифракции с тепловыми нейтронами.
Автор 1 монографии и более 40 научных публикаций, в том числе 25 в журналах, индексируемых в международных базах данных Scopus и WoS.
подробнее
Лаборатория нейтронной физики
Основные научные направления в области ядерной физики: исследования индуцированных нейтронами реакций с вылетом заряженных частиц, исследования фундаментальных свойств нейтрона, физика ультра-холодных нейтронов.
Исследования в области физики конденсированных сред направлены на изучение структуры, динамики, структурно-оптических свойств, морфологии поверхности конденсированных сред, получение новых данных о микроскопических свойствах исследуемых систем, определение внутренних напряжений в объемных материалах и изделиях, экспериментальную проверку теоретических предсказаний и моделей, обнаружение новых закономерностей.
Также проводятся исследования в области комплекса развития спектрометров, в основные задачи которого входят разработка и оснащение оборудованием создаваемых, а также модернизация и реконструкция оборудования существующих спектрометров исследовательского реактора ВВР-К с целью улучшения их параметров, расширения экспериментальных возможностей и обеспечения бесперебойной работы.
Штат лаборатории - 9 сотрудников, в том числе 6 защищенных, 3 молодых ученых.
История создания
Создание лаборатории началось в 2019 году с формирования группы нейтронных исследований в составе ЛПБАЭ и ввода в эксплуатацию установки нейтронной радиографии и томографии «ТИТАН». Благодаря высокой чувствительности к легким элементам, установка сразу стала востребована для задач материаловедения.
В 2021 году группа была преобразована в полноценную лабораторию в составе КИР ВВР-К, что позволило систематизировать научную работу и укрепить кадровый потенциал.
2023 год стал этапом активного расширения методов: к нейтронной томографии добавилась рентгеновская микротомография, а также был инициирован проект по созданию нейтронного рефлектометра.
В 2024 году на новом рефлектометре состоялись первые эксперименты по изучению тонких плёнок.
В настоящее время ведется работа над созданием нейтронного дифрактометра. Его запуск, запланированный на 2027 год, завершит формирование на базе реактора ВВР-К полного комплекса современных нейтронных методов исследования.
Основные направления деятельности
- Развитие методов визуализации (нейтронной и рентгеновской): проведение диагностики и томографии на нейтронной установке TITAN, а также использование методов высокоразрешающей рентгеновской микротомографии на установке IMAX на реакторе ВВР-К для неразрушающего 3D-анализа образцов в материаловедении, палеонтологии, археологии и геологии.
- Анализ тонких пленок и многослойных структур на установке нейтронной рефлектометрии ARMAN на реакторе ВВР-К.
- Исследование фазового состава и химической структуры поверхности методом Рамановской спектроскопии.
- Исследование структуры и свойств конденсированных сред: изучение кристаллической и магнитной структуры материалов методом нейтронной порошковой дифракции на реакторе ВВР-К.
- Создание и развитие установки высокоинтенсивного источника ультра-холодных нейтронов (УХН) на реакторе ВВР-К для проведения фундаментальных научных экспериментов.
- Междисциплинарные прикладные исследования: применение нейтронных и рентгеновских методов для решения задач в материаловедении, ядерной энергетике, археологии, палеонтологии, геофизике и при исследовании объектов культурного наследия.
Основные достижения и открытия лаборатории
Созданы и введены в эксплуатацию на реакторе ВВР-К специализированные нейтронные установки:
- TITAN (Transmission Imaging with ThermAl Neutrons) — для нейтронной радиографии и томографии;
- ARMAN (Almaty Reflectometer of MonochromAtic Neutrons) — для нейтронной рефлектометрии;
- IMAX (IMAging with X-rays) – для рентгеновской микротомографии.
Сотрудничество
- Объединенный Институт Ядерных Исследований (Дубна, Россия);
- Institut Laue-Langevin (ILL) (Франция);
- Zoz Technology Center (ZoZ) ( Wenden, Германия);
- Институт физики твердого тела им. Ю.А. Осиньяна РАН (ИФТТ РАН) (Россия);
- Центральный Государственный Музей Республики Казахстан (Алматы, Казахстан);
- Институт Археологии им. А.Х. Маргулана (Алматы, Казахстан);
- Казахский Национальный Университет им. Аль-Фараби (Алматы, Казахстан);
- Евразийский университет имени Л.Н. Гумилева (Астана, Казахстан).
Материальное обеспечение лаборатории
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ НАУЧНЫЕ УСТАНОВКИ
Научно-экспериментальные работы лабораторий нейтронной физики в основном проводятся с использованием нейтронных пучков многофункционального исследователького реактора ВВР-К. Этот реактор является многоцелевым водо-водяным реактором бассейнового типа со стационарным потоком нейтронов. В бассейновых реакторах деление ядер в активной зоне осуществляется преимущественно замедленными (тепловыми) нейтронами. Поэтому он относится к классу реакторов на тепловых нейтронах.
В настоящее время на базе ЛНФ функционируют 3 научных установок:
Установка нейтронной радиографии и томографии TITAN
TITAN – экспериментальная станция нейтронной радиографии и томографии предназначенный для проведения диагностики и визуализации внутреннего строения габаритных объектов. Расположен на 1-ом горизонтальном канале исследовательского реактора ВВР-К. Основными узлами установки ТИТАН являются: нейтронные фильтры, апертурная система, система коллиматоров для формирования пучка тепловых нейтронов, гониометр, система детектирования нейтронов и сбора данных. Реализованы следующие режимы работы установки:
Радиография – метод регистрации теневых проекций объекта, просвечиваемого нейтронным пучком. Контраст изображения обусловлен вариациями плотности и/или химического состава, и может быть усилен за счёт изменения длины волны нейтронного пучка.
Томография – метод восстановления трёхмерного распределения нейтроно-оптической плотности по объекту путём математической обработки совокупности оцифрованных теневых проекций, полученных при различных угловых положениях объекта.
Быстрая радиография/томография – метод регистрации нейтронных проекций с короткими экспозициями для быстрых и динамических процессов.
|
Спектр |
Максвеловский (тепловые нейтроны) |
|
Расстояние источник-апертура: апертура-детектор |
3,5 м 7 м |
|
Диаметр апертур |
5, 10, 20, 40 и 90 мм |
|
L/D параметр |
1400, 700, 350, 175 и 75 |
|
Фильтры |
Сапфир, свинец и кадмий |
|
Поле-зрения |
oт 5*5 cм2 до 20*20 cм2 |
|
Сцинтилляционные экраны |
6LiF/ZnS:( Ag,Cu) – толщина 0.1 мм 6LiF/ZnCdS:Ag – толщина 0.05 мм Gadox – толщина 0.02 мм |
|
Камеры |
- CCD-камера с чипом HAMAMATSU-S121 - CMOS-камера QHY174 |
|
Объектив |
Tamron AF с переменным фокусным расстоянием 70-300 мм |
|
Размер пикселя |
от 25 до 100 мкм |
Установка нейтронной рефлектометрии
Нейтронная рефлектометрия — это метод дифракции нейтронов используемый для измерения структуры тонких пленок и является комплементарным взаимодополняющим методом для рентгеновской рефлектометрии. Этот метод предоставляет ценную информацию в широком спектре научных и технологических приложений, включая химическую агрегацию, адсорбцию полимеров и поверхностно-активных веществ, структуру тонкопленочных магнитных систем, биологические мембраны и т. д. При реализации данного метода высоко-коллимированный пучок нейтронов падает на плоскую поверхность образца и измеряется интенсивность отраженного излучения в зависимости от угла или длины волны нейтронов. Точная форма профиля отражательной способности дает подробную информацию о структуре поверхности, включая толщину, плотность и шероховатость любых тонких пленок, нанесенных на подложку.
Данный рефлектометр поляризованных нейтронов на реакторе ВВР-К, оснащён двух-кристальным монохроматором для возможности варирования длины волны (энергии) нейтронов и от ухода прямой видимости пучка относительно активной зоны реактора, при неизменном геометрии установки.
Основные направления исследований
- Исследование структуры тонких пленок на твердотельной подложке.
- Режим неполяризованного нейтронного пучка: восстановление параметров эффективной толщины слоев, шероховатости границ между слоями и свободной поверхности, определение нейтронно-оптической плотности материалов слоев.
- Режим поляризованного нейтронного пучка: оценка магнитных свойств структуры слоев на поверхности подложки, тип магнитного упорядочения слоев во внешнем магнитном поле.
|
Используемый канал вывода пучка |
4 канал – диаметр 100 мм |
|
Плоскость рассеяния |
Горизонтальная |
|
Плоскость образца |
Вертикальная |
|
Двойной монохроматор |
Графит PG (002), длина волны λ=1.8 – 4 Å +(фильтр для удаления λ/2, λ/3) |
|
Размер нейтронного пучка |
1х80 мм2 |
|
Детектор |
Счетчик Не-3 (эффективность 80%) |
|
Коллимация |
1-3 мрад |
|
Позицинирования образца |
Вращение и поперечное перемещение |
|
Потенциальное расширение |
Поляризатор, анализатор, спин-флиппер, ПЧД |
Установка рентгеновской радиографии и томографии
Рентгеновская микротомография стала хорошо зарекомендовавшим себя методом неразрушающего контроля. Высокая глубина проникновения рентгеновских лучей во многие материалы позволяет восстанавливать информацию об объеме из серии 2D-проекционных изображений, раскрывая внутреннюю структуру образца. Это делает данный метод привлекательным, когда целостность образца имеет решающее значение, например. в биомедицинской визуализации, археометрии, палеонтологии , промышленном контроле качества и материаловедении. Также различие в характере взаимодействия с веществом рентгеновского и нейтронного излучений может дать полезную и взаимодополняющую информацию об объектах исследования.
Данный рентгеновский томограф высокого разрешения предназначена для анализа внутренних структур различных образцов, проведении измерений и визуализации трехмерного объема объекта контроля. Микротомограф позволяет управлять коэффициентом увеличения и вращать объект контроля, проводить томографическую реконструкцию до 7200 проекций.
|
Рентгеновский источник |
Spellman XRB011_50 |
|
Мощность на мишени |
50 Вт |
|
Напряжение |
35-80 кВ |
|
Пространственное разрешение |
25-30 мкм |
|
Детектор |
Марк 1215С, 6.7 МП (2900х2300) |
|
Число осей перемещения |
2 |
|
Геометрическое увеличение |
1.2 - 5 |
|
Масса образца |
до 1 кг |
|
Размеры образца |
до 80х80х80 мм |
Установка по нейтронной рефлектометрии
Процесс работы на установке по нейтронной рефлектометрии
Установка TITAN (Transmission Imaging with ThermAl Neutrons) по нейтронной радиографии и томографии на реакторе ВВР-К
Материальное обеспечение лаборатории
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ НАУЧНЫЕ УСТАНОВКИ
Научно-экспериментальные работы лабораторий нейтронной физики в основном проводятся с использованием нейтронных пучков многофункционального исследователького реактора ВВР-К. Этот реактор является многоцелевым водо-водяным реактором бассейнового типа со стационарным потоком нейтронов. В бассейновых реакторах деление ядер в активной зоне осуществляется преимущественно замедленными (тепловыми) нейтронами. Поэтому он относится к классу реакторов на тепловых нейтронах.
В настоящее время на базе ЛНФ функционируют 3 научных установок:
Установка нейтронной радиографии и томографии TITAN
TITAN – экспериментальная станция нейтронной радиографии и томографии предназначенный для проведения диагностики и визуализации внутреннего строения габаритных объектов. Расположен на 1-ом горизонтальном канале исследовательского реактора ВВР-К. Основными узлами установки ТИТАН являются: нейтронные фильтры, апертурная система, система коллиматоров для формирования пучка тепловых нейтронов, гониометр, система детектирования нейтронов и сбора данных. Реализованы следующие режимы работы установки:
Радиография – метод регистрации теневых проекций объекта, просвечиваемого нейтронным пучком. Контраст изображения обусловлен вариациями плотности и/или химического состава, и может быть усилен за счёт изменения длины волны нейтронного пучка.
Томография – метод восстановления трёхмерного распределения нейтроно-оптической плотности по объекту путём математической обработки совокупности оцифрованных теневых проекций, полученных при различных угловых положениях объекта.
Быстрая радиография/томография – метод регистрации нейтронных проекций с короткими экспозициями для быстрых и динамических процессов.
|
Спектр |
Максвеловский (тепловые нейтроны) |
|
Расстояние источник-апертура: апертура-детектор |
3,5 м 7 м |
|
Диаметр апертур |
5, 10, 20, 40 и 90 мм |
|
L/D параметр |
1400, 700, 350, 175 и 75 |
|
Фильтры |
Сапфир, свинец и кадмий |
|
Поле-зрения |
oт 5*5 cм2 до 20*20 cм2 |
|
Сцинтилляционные экраны |
6LiF/ZnS:( Ag,Cu) – толщина 0.1 мм 6LiF/ZnCdS:Ag – толщина 0.05 мм Gadox – толщина 0.02 мм |
|
Камеры |
- CCD-камера с чипом HAMAMATSU-S121 - CMOS-камера QHY174 |
|
Объектив |
Tamron AF с переменным фокусным расстоянием 70-300 мм |
|
Размер пикселя |
от 25 до 100 мкм |
Установка нейтронной рефлектометрии
Нейтронная рефлектометрия — это метод дифракции нейтронов используемый для измерения структуры тонких пленок и является комплементарным взаимодополняющим методом для рентгеновской рефлектометрии. Этот метод предоставляет ценную информацию в широком спектре научных и технологических приложений, включая химическую агрегацию, адсорбцию полимеров и поверхностно-активных веществ, структуру тонкопленочных магнитных систем, биологические мембраны и т. д. При реализации данного метода высоко-коллимированный пучок нейтронов падает на плоскую поверхность образца и измеряется интенсивность отраженного излучения в зависимости от угла или длины волны нейтронов. Точная форма профиля отражательной способности дает подробную информацию о структуре поверхности, включая толщину, плотность и шероховатость любых тонких пленок, нанесенных на подложку.
Данный рефлектометр поляризованных нейтронов на реакторе ВВР-К, оснащён двух-кристальным монохроматором для возможности варирования длины волны (энергии) нейтронов и от ухода прямой видимости пучка относительно активной зоны реактора, при неизменном геометрии установки.
Основные направления исследований
- Исследование структуры тонких пленок на твердотельной подложке.
- Режим неполяризованного нейтронного пучка: восстановление параметров эффективной толщины слоев, шероховатости границ между слоями и свободной поверхности, определение нейтронно-оптической плотности материалов слоев.
- Режим поляризованного нейтронного пучка: оценка магнитных свойств структуры слоев на поверхности подложки, тип магнитного упорядочения слоев во внешнем магнитном поле.
|
Используемый канал вывода пучка |
4 канал – диаметр 100 мм |
|
Плоскость рассеяния |
Горизонтальная |
|
Плоскость образца |
Вертикальная |
|
Двойной монохроматор |
Графит PG (002), длина волны λ=1.8 – 4 Å +(фильтр для удаления λ/2, λ/3) |
|
Размер нейтронного пучка |
1х80 мм2 |
|
Детектор |
Счетчик Не-3 (эффективность 80%) |
|
Коллимация |
1-3 мрад |
|
Позицинирования образца |
Вращение и поперечное перемещение |
|
Потенциальное расширение |
Поляризатор, анализатор, спин-флиппер, ПЧД |
Установка рентгеновской радиографии и томографии
Рентгеновская микротомография стала хорошо зарекомендовавшим себя методом неразрушающего контроля. Высокая глубина проникновения рентгеновских лучей во многие материалы позволяет восстанавливать информацию об объеме из серии 2D-проекционных изображений, раскрывая внутреннюю структуру образца. Это делает данный метод привлекательным, когда целостность образца имеет решающее значение, например. в биомедицинской визуализации, археометрии, палеонтологии , промышленном контроле качества и материаловедении. Также различие в характере взаимодействия с веществом рентгеновского и нейтронного излучений может дать полезную и взаимодополняющую информацию об объектах исследования.
Данный рентгеновский томограф высокого разрешения предназначена для анализа внутренних структур различных образцов, проведении измерений и визуализации трехмерного объема объекта контроля. Микротомограф позволяет управлять коэффициентом увеличения и вращать объект контроля, проводить томографическую реконструкцию до 7200 проекций.
|
Рентгеновский источник |
Spellman XRB011_50 |
|
Мощность на мишени |
50 Вт |
|
Напряжение |
35-80 кВ |
|
Пространственное разрешение |
25-30 мкм |
|
Детектор |
Марк 1215С, 6.7 МП (2900х2300) |
|
Число осей перемещения |
2 |
|
Геометрическое увеличение |
1.2 - 5 |
|
Масса образца |
до 1 кг |
|
Размеры образца |
до 80х80х80 мм |
