Разработка ядерно-физических и атомно-физических методов анализа
Разработка ядерно-физических и атомно-физических методов анализа – научные направления в области ядерной физики. В Томском политехническом институте над ними работали ученые НИИ ядерной физики.
Исследования в ТПИ
Теоретические и экспериментальные работы по ядерной физике с использованием пучков гамма-квантов, заряженных частиц и нейтронных потоков начались сразу же после создания НИИ ядерной физики и были основным направлением, развиваемым в лабораториях ядерных исследований, проводились в секторах нейтронной физики (Л.С. Соколов), исследования свойств элементарных частиц и атомных ядер (А.К. Берзин), фотоядерных реакций на малых энергиях (Р.П. Мещеряков), радиационнохимического анализа (В.В. Болдырев), теоретическом (Б.Н. Родимов). Эти подразделения существовали до 1967 г., когда в связи с необходимостью более целенаправленного применения ядерных методов исследований на базе этих подразделений была создана лаборатория использования ядерных методов в смежных областях, в которую вошли сектор ядерных реакций (И.П. Чернов) и сектор радиоактивационного анализа (Р.П. Мещеряков).
Направление теоретических исследований в области излучения структуры ядра и ядерных реакций формировалось П.А. Черданцевым. Томская школа физиков-теоретиков под его руководством приняла активное участие в создании теории деления атомных ядер на полумикроскопической основе.
С помощью предложенной двухцентровой оболочечной модели удалось описать внутреннюю структуру делящегося ядра на всех этапах деления. Продолжением исследований явился цикл работ по физике тяжелых ионов, по динамике ядерных реакций – актуальным вопросам современной ядерной физики, а впоследствии развитый подход был использован при объяснении эффекта малых доз, имеющего место в несовершенных кристаллах. Перевод циклотрона в режим ускорения с регулируемой энергией в широком диапазоне энергий и сорта частиц позволил выполнить цикл экспериментальных исследований по изучению обратного рассеяния ионов гелия -3и альфа-частиц. Теоретический анализ полученных результатов позволил объяснить природу аномального увеличения сечения обратного рассеяния сложных частиц (И.П. Чернов, Б.И. Кузнецов, В.А. Матусевич).
Прикладные исследования по действию излучения на вещество и элементарному анализу в институте начали развиваться в 60-х гг. под руководством Р.П. Мещерякова и получили широкое развитие благодаря успехам в создании гамма-квантов на бетатронах.
На циклотроне прикладные исследования были связаны с созданием мощных нейтронных потоков заданной конфигурации и различного энергетического состава и направлены на определение радиационной стойкости изделий электротехники и электронной техники. Обнаруженное явление аномального увеличения сечения обратного рассеяния альфа-частиц на легких ядрах было предложено И.П. Черновым и Б.И. Кузнецовым использовать для определения содержания кислорода, азота и углерода в тонких пленках различных материалов. Развитие метода резонансного обратного рассеяния, исследование аналитических характеристик и внедрение методик анализа приповерхностных слоев сверхпроводящих материалов на основе ниобия и его сплавов, тугоплавких металлов, полупроводниковых планарных структур было осуществлено группой сотрудников под руководством А.А. Ятиса. Был развит метод ядер отдачи для определения микропримесей легчайших элементов (дейтерия, гелия, водорода) в приповерхностных слоях любимых материалов.
Принципиально новые результаты были получены с использованием развиваемых ядерных методов в сочетании с эффектом каналирования. Экспериментальная работа на циклотроне и ЭСГ-2,5 по определению местонахождения кислорода, имплантированного в монокристалл кремния, методикой, объединившей резонансное обратное рассеяние с эффектом каналирования, является уникальной. Прикладные исследования с использованием методов ядерной физики были ориентированы прежде всего на предприятия Томска. С 1974 г. установились связи института с НИИ полупроводниковых приборов по применению разрабатываемых методов при отработке технологии создания полупроводниковых структур и интегральных схем.
Наряду с ядерными методами в институте развивались атомно-физические методы анализа состава и структуры поверхности. В 1974 г. начались теоретические исследования по обоснованию применимости к анализу поверхности методов электронной Оже-спектроскопии рассеяния ионов низких энергий, а с 1975 г. – метода масс-спектрометрии вторичных ионов.
Тесная связь выполняемых работ с потребностями производства установилась с 1979 г., когда метод вторично-ионной масс-спектроскопии начал широко применяться для анализа полупроводниковых материалов. Работа осуществлялась на основе сотрудничества с НИИ полупроводниковых приборов и СФТИ. Были выполнены исследования межфазного взаимодействия на границе металл-арсенид галлия при температурной обработке, лазером и электронно-лучевом ожиге.
Литература
Становление и развитие научных школ Томского политехнического университета: Исторический очерк/под ред. Ю.П. Похолкова, В.Я. Ушакова. – Томск: ТПУ, 1996. – 249 с.