Лаборатория радиационной диффузии

История создания

Лаборатория радиационной диффузии была основана на базе Постановления Президиума АН КазССР № 129 от 12 июля 1980 года. В сентябре того же года Приказом № 219 по Институту ядерной физики был утвержден штат из 16 сотрудников, а первым руководителем подразделения стал кандидат физико-математических наук Д.К. Даукеев. У истоков лаборатории также стоял Ж.Р. Жотабаев - ныне доктор физико-математических наук, профессор и лауреат Государственной премии Республики Казахстан.

В конце 1980-х годов получило развитие новое исследовательское направление, посвященное свойствам сложных оксидных материалов, включая высокотемпературные сверхпроводники и протонные проводники. Для этих целей специалисты лаборатории разработали и изготовили уникальные установки, позволяющие измерять электрические и магнитные характеристики материалов.  Был проведен масштабный цикл исследований того, как катионное допирование, внешние факторы и ионизирующее излучение влияют на структуру и свойства иттриевых купратов.

Основные направления деятельности

• Лаборатория проводит комплексные исследования процессов газовыделения и диффузии в твёрдых телах при радиационном и тепловом воздействии.
• Важным направлением является изучение возможностей использования ионизирующего излучения для целенаправленного изменения и улучшения функциональных свойств сложных оксидных материалов.
• Ведутся исследования деградации, термостабильности и радиационной стойкости керамических материалов со структурой перовскит и пирохлор.
• Специалисты изучают закономерности диффузии методом термодесорбции и анализируют влияние радиационных воздействий на характер десорбции газовых компонентов из твердых тел.
• Проводится определение корреляций между составом, степенью допирования и параметрами электропроводности перспективных материалов с использованием методов электрохимической импедансной спектроскопии.
• Формируются научные основы для оптимизации свойств твердооксидных ионных проводников, применяемых в экологически чистых топливных элементах, водородных сенсорах и электролизерах.
• Разрабатываются модели интеркаляции водорода в сложных оксидных системах и проводится фундаментальное изучение механизмов протонной проводимости.
• Лаборатория занимается разработкой и внедрением современных аппаратно-программных комплексов для автоматизации сбора данных при проведении теплофизических и радиационных исследований.

Основные достижения и открытия лаборатории 

• Изучены процессы взаимодействия осколков деления с модельными, и конструкционными материалами ядерных энергетических установок. Определены коэффициенты диффузии осколков деления в этих материалах, изучены процессы распыления ядерного топлива при его делении в ядерном реакторе.
• Исследовано влияние структуры, облучения и состава некоторых модельных и конструкционных материалов на поведение в них одиночных атомов гелия и небольших гелий-вакансионных комплексов. На основе полученных экспериментальных данных и предложенной расчетной модели сделан вывод о том, что границы фаз внедрения в ОЦК-металлах являются ловушками для атомов гелия. Определены энергии активации десорбции гелия из конструкционных и модельных материалов.
• Изучено влияние внешних воздействий (водородосодержащая среда, ионизирующее излучение и т.д.) на структуру и свойства высокотемпературных сверхпроводников. Обнаружено увеличение транспортного критического тока при слабых воздействиях на иттриевые ВТСП керамики.
• Выполнено моделирование переноса радионуклидов грунтовыми водами из мест проведения ядерных взрывов на площадке «Балапан» с учетом реальных гидро-геологических условий. Получены пространственные и временные характеристики загрязнений подземных вод площадки «Балапан» и прилегающих к ней территорий.
• Изучено влияние окислительно-восстановительных условий отжига на процессы интеркаляции водорода и кислорода в бариевые и стронциевые цераты. Предложены математические модели для описания процессов обмена газ-твердое тело и определены энергетические характеристики этих процессов.
• Выявлены основные закономерности влияния степени катионного допирования на процессы интеркаляции водорода и кислорода в металлооксиды. Оказалось, что рост степени допирования этих материалов приводит к росту концентрации протонов и повышает стойкость этих материалов по отношению к диоксиду углерода.
• Изучено влияния низкотемпературного (~100 оС) реакторного облучения на цераты бария и стронция. Предложен механизм влияния облучения на ионику перовскитных оксидов, основанный на восстановлении Се4+ до Се3+ при облучении.
• Впервые обнаружен фазовый переход в цератах бария и стронция после облучения их на реакторе при 620 оС, сопровождающийся выделением молекулярного кислорода.
• Разработан пакет программ для автоматизации научных исследований, обработки и представления экспериментальных данных
• Результаты исследований, выполненных в лаборатории радиационной диффузии, опубликованы более чем в 250 статьях и доложены на многочисленных специализированных международных конференциях.

Сотрудничество

• Институт атомной энергии им. И. В. Курчатова (Москва, Российская Федерация);
• Физико-энергетический институт (Обнинск, Российская Федерация);
• Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе (Санкт-Петербург, Российская Федерация);
• Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН (Екатеринбург, Российская Федерация);
• Институт химии твердого тела УрО РАН (Екатеринбург, Российская Федерация);
• Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН (Новосибирск, Российская Федерация);
• Уральский государственный университет (Екатеринбург, Российская Федерация);
• Лос-Аламосская национальная лаборатория и Государственный университет штата Айова (США);
• Имперский колледж Лондона (Великобритания);
• Национальный центр научных исследований при Университете им. Пьера и Марии Кюри (Франция);
• Химический факультет Университета Осло (Норвегия);
• Университет Турку (Финляндия);
• Институт инженерных исследований химических процессов (Греция);
• Инжиниринговая компания Stoller (Германия).