Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В. Скобельцына
Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова

Лаборатория исследования ядерных процессов

Лаборатория исследования ядерных процессов (ЛИЯП) образована в 1958 году из научной группы Лаборатории ядерных реакций, работавшей на запущенном годом ранее в НИИЯФ МГУ 120-см циклотроне, способном ускорять протоны, дейтроны и α-частицы с энергией до 7,5 МэВ/нуклон. В 1979 году ЛИЯП включена в Отдел ядерных и космических исследований. С самого начала работы группы, а затем и ЛИЯП вплоть до конца своей жизни - до 1991 года - ее возглавлял директор НИИЯФ МГУ профессор Игорь Борисович Теплов. С 1992 по 2012 годы заведующей ЛИЯП являлась профессор Наталья Семеновна Зеленская. С 2013 года исполняет обязанности заведующего ЛИЯП Виктор Михайлович Лебедев.

На протяжении многих лет с научной деятельностью ЛИЯП связана тематика по исследованию механизма реакций с α- и более сложными частицами. Данную тематику можно рассматривать как ряд последовательных этапов.

В работах, выполненных на начальном этапе, был получен значительный экспериментальный материал об угловых зависимостях сечениях реакций (α, р), (α, d) и (α, t) на ядрах от лития до кремния в области энергий Е_α ≤25 МэВ. К наиболее значимым научным результатам, полученным в 60-70 гг., относятся, прежде всего, экспериментально установленные основные особенности реакций с α-частицами на легких ядрах (зависимость величин сечений от числа передаваемых ядру нуклонов, их энергетическую зависимость и др.), а также качественный их анализ (в приближении плоских волн), позволивший оценить вклад в сечение реакции прямых механизмов (кластерного срыва и замещения) на фоне механизма образования составного ядра.

Следующий этап научной работы ЛИЯП – исследование сечений реакций с α-частицами в области больших углов вылета продуктов реакции. И.Б. Тепловым впервые было предсказано, что механизм срыва тяжелого кластера обуславливает значительные обратные максимумы сечения не только в упругом рассеянии сложных частиц, но и в реакциях с их участием. Для экспериментального исследования обратных максимумов были созданы устройства со специальной геометрией, которые позволяли измерять дифференциальные сечения реакций при таких углах вылета частиц.

В результате были впервые получены систематические экспериментальные данные о сечениях реакций (α, р), (α, d) и (α, t) в области больших углов на ядрах от лития до кобальта. Для теоретического анализа полученных результатов впервые в нашей стране был разработан аппарат обобщенного метода искаженных волн с ненулевым радиусом взаимодействия частиц (МИВОКОР). Теоретический аппарат МИВОКОР был реализован путем создания комплекса вычислительных программ, в то время не имеющих аналогов в мировой литературе.

Проведенный в рамках МИВОКОР анализ экспериментальных сечений реакций с α- частицами на легких ядрах показал, что определяющий вклад в них вносят относительно простые механизмы: прямые процессы, связанные с диссоциацией падающей частицы, и обменные процессы, обусловленные развалом ядра-мишени. Сечения прямых и обменных процессов сравнимы по величине и только в совокупности описывают экспериментальные угловые распределения. Обменные процессы количественно объясняют обратные максимумы сечения.

Следующий этап деятельности ЛИЯП – экспериментальное изучение функций угловых корреляций продуктов реакции (двойных дифференциальных сечений).
Первые эксперименты по измерению yγ-угловых корреляций в реакции А(х,у)В^*→В₀ + γ были выполнены в 70-х годах. Они показали, насколько сложны и трудоемки корреляционные измерения в силу малости двойных дифференциальных сечений, больших времен экспозиции и т.д. Задача получения достоверных экспериментальных данных по функциям угловых корреляций, также как и задача их корректного теоретического описания становилась одной из актуальных.

Эта задача была решена путем разработки, теоретического обоснования и практической реализации принципиально нового метода изучения свойств ориентированных ядер в возбужденных состояниях с помощью измерения угловых корреляций в различных плоскостях относительно плоскости реакции. Измерения угловых корреляций в различных плоскостях удалось осуществить в режиме on-line, благодаря созданию уникального измерительно-вычислительного комплекса. Без проведения дополнительных экспериментов были определены поляризационные характеристики возбужденных ориентированных ядер. Наконец, введена совершенно новая характеристика ориентированных ядер – их динамическая деформация и показано, что она может кардинально отличаться от статической.

Цикл экспериментальных и теоретических работ, в котором удалось получить приоритетные результаты, относящиеся к тонким деталям структуры возбуждаемых в ядерных реакциях ориентированных ядер (авторы Н.С. Зеленская, В.М. Лебедев, А.В. Спасский), в 2003 г. удостоен премии имени М.В. Ломоносова.

В последнее время в ЛИЯП большое развитие получили работы, связанные с исследованием нейтронно-избыточных легких ядер и определением структуры их нейтронной периферии. Изучена пространственная структура нейтронной периферии различных легких ядер. Показано, что структура нейтронной периферии этих ядер кардинально различается и ее проявление зависит от способа образования нейтронно-избыточного ядра.

Совместно с ИМБП (ГНЦ РФ ИМБП РАН), биофаком МГУ и ИБХФ РАН был проведен цикл экспериментальных исследований электрической активности ретины (сетчатки глаза) и изменения параметров возбуждения нервного волокна от дозы облучения, а также произведена оценка воздействия потоков галактических частиц и солнечных космических лучей на живой организм в условиях космического полета.

Облучение переживающей ретины и миелиновых нервных волокон проводились на циклотроне НИИЯФ МГУ. Величина линейной передачи энергии (ЛПЭ) частиц составляла около 6 кэВ/мкм и 24 кэВ/мкм и близка по величине ЛПЭ релятивистских ядер групп бериллия–углерода и неона–магния галактического космического излучения (ГКИ). При исследовании переживающей ретины объектом исследования служила изолированная сетчатка травяной лягушки Rana temporaria. Впервые установлено, что при облучении переживающей (изолированной) ретины импульсными потоками тяжелых заряженных частиц с высокой величиной ЛПЭ имеет место электрический ответ (ЭРГ), с параметрами аналогичными ее ответу на световую вспышку.

В следующей серии экспериментов исследовалась зависимость амплитуды и скорости проведения потенциала действия (ПД) миелинового нервного волокна (изолированные седалищные нервы травяной лягушки (Rana temporaria)) от поглощенной дозы дейтронов и альфа-частиц непосредственно в процессе облучения (“под лучом”).

Впервые, в отличие от всех известных работ, в которых частицами с высоким ЛПЭ облучалось все нервное волокно, в настоящей работе подвергался облучению лишь небольшой участок нерва (2 мм). В результате выполненных исследований было показано, что скорость проведения ПД “под лучом” убывает по мере набора поглощенной дозы, причем для дейтронов заметно быстрее, чем для альфа-частиц. В то же время оказалось, что амплитуда ПД убывает быстрее при облучении альфа-частицами.

Предварительные оценки радиационного риска показывают, что при длительных и дальних полетах сетчатка и, в особенности, такие ее структуры, как нервные волокна, могут оказаться одним из критических органов по отношению к галактическому космическому излучению. В отношении соматических нервных волокон можно предварительно утверждать, что радиационный риск обусловлен воздействием на нервную оболочку и, в особенности, на немиелинизированные участки (перехваты Ранвье). Однако соматические нервные волокна более устойчивы к ТЗЧ ВПИ, чем сетчатка.

Проведены исследования воздействия ионизирующего излучения на реакцию Белоусова–Жаботинского, моделирующую некоторые особенности биологических объектов. Наблюдения велись непосредственно в процессе облучения. Впервые наблюдалось возникновение ведущих центров в реакции Белоусова–Жаботинского под действием пучка альфа-частиц с энергией 30 МэВ.

Выполнено исследование комбинированного воздействия гипомагнитных условий (ГМУ) и ионизирующих излучений на некоторые биологические и модельные физико-химические системы. Величина поглощенной дозы изменялась от долей Гр до десятков кГр. С использованием методики облучения живых клеток in vitro изучалось воздействие ускоренных α-частиц на клетки эритроцитов крови крыс. Проведено исследование воздействия гипомагнитных условий на эмбрионы японских перепелов (перепела могут явиться важным элементом биорегенеративных систем жизнеобеспечения межпланетных кораблей). Установлены патологические изменения на ранних стадиях эмбриогенеза, некоторые из которых несовместимы с жизнью. Полученные результаты важны для проблемы обеспечения безопасности экипажей космических кораблей при дальних полетах и работы на будущей базе на Луне.