Билеты 11, 19

1. Совместно с японскими специалистами сотрудники Института физики высоких энергий создали позиционно-чувствительный детектор, позволяющий «увидеть» поток холодных нейтронов и зарегистрировать профиль пучка. Основой этого прибора служит кристалл в виде пластины размером 58×58×0,4 мм сернистого цинка, легированного серебром и обогащённого литием.

Акт взаимодействия нейтронов с веществом кристалла вызывает ядерную реакцию с выделением энергии около 5 МэВ в виде световой вспышки. Фотоны регистрируются светочувствительными элементами, приклеенными к противоположным сторонам кристалла в точках нанесённых на них координатных сеток. Затем излучение по световодам поступает в фотоэлектронные умножители, которые вырабатывают электрические сигналы, дающие информацию о местах поглощения нейтронов (использованы ФЭУ с уникальным быстродействием, способные регистрировать отдельные фотоны).

Погрешность позиционирования частицы составляет примерно 0,5 мкм и определяется размером шага координатной сетки. В качестве световодов используются сборки из полистирольного волокна в оболочке с низким показателем преломления. Волокна сечением 0,4×0,4 мм активированы люминесцентной добавкой иттрия и отделены одно от другого плёнкой из алюминиевого майлара толщиной 50мкм.

Действие прибора было проверено во французском научном центре им. Лауэ-Ланжевена в Гренобле, где есть реактор, дающий самый большой в мире поток нейтронов. С помощью этого прибора впервые получены снимки, на которых запечатлены следы, оставленные потоком нейтронов. Сейчас создан аппарат для визуализации потока нейтронов, регистрируемого новым прибором, что позволит повысить эффективность дифракционных экспериментов, обнаруживать появление нейтронных потоков от ядерных реакторов, в частности на АЭС, в медицинских установках и др.

2.Микроскоп нового типа представляет собой систему микроэлектромеханических и оптических деталей, главные из которых – микролинзы и микросканеры, что делает этот микроскоп миниатюрным. Его линзы гораздо меньше обычно используемых в микроскопах: их диаметр примерно 300 мкм.

Такие линзы получают в результате отвердевания маленьких капель полимера в потоке ультрафиолетового излучения. Их поверхность при этом приобретает исключительную гладкость, поскольку формируется под действием сил поверхностного натяжения и не требует шлифовки.

Система трёх этих линз позволяет видеть трёхмерные изображения объектов благодаря применению опять таки трёх микросканеров, каждый из которых обеспечивает перемещение «своей» микролинзы. Фокусировка осуществляется изменением расстояния между линзой и образцом. Кроме того, с помощью электростатических сил, действующих на микроприводы, микролинзы могут перемещаться вперёд – назад 4500 раз в секунду.

Датчики регистрируют флуоресцентное свечение объектов, возбуждаемое лазерным излучением, направляя сигналы от них в компьютер, где в реальном времени формируется трёхмерное изображение.

Микроскопы нового типа позволяют получать изображения объектов размером порядка нанометра, причём даже находящихся внутри живых клеток, и могут быть использованы прежде всего для медицинских исследований.

3. Учёные Обнинского Физико-энергетического института разработали прибор для активного неразрушающего анализа радиоактивных веществ. В отличие от пассивных способов неразрушающего изотопного анализа (когда регистрируются продукты деления ядер радиоактивного элемента, содержащихся в исследуемом материале) при активных методах при облучении материала гамма-квантами или нейтронами и после взаимодействия с ними регистрируются излучения и частицы, в том числе мгновенные и запаздывающие(возникающие при делении дочерних ядер) нейтроны. До сих пор таким образом можно было определять в веществе лишь одного радиоактивного изотопа.

Обнинские физики ввели критерий, позволяющий по форме кривых спада интенсивности частиц, возникающих при делении ядер, оценивать их нуклонный состав, т. е. определять изотопы в материале, содержащем несколько делящихся веществ. Это стало возможным благодаря специально разработанному математическому аппарату. В результате получают точные сведения о составе радиоактивных изотопов и наличии осколков ядер атомов разных веществ. От точности же такой информации зависят, например, безопасность и экономическая эффективность технологии использования ядерного топлива, создание систем обнаружения радиоактивных материалов при их нелегальной перевозке и др.

4. Исследователи из Рочестерского университета (штат Нью-Йорк) предложили новую модификацию источника электричества, использующего для выработки энергии бета-распад изотопа трития.

Электричество в таких источниках генерируется за счёт взаимодействия бета-частиц с р-n переходом полупроводникового материала, например, кремния. Помимо
бета-излучения в ходе распада трития образуется гелий. До недавнего времени источники электричества, использующие бета-распад, были мало эффективны. Как правило, для поглощения бета-частиц использовались плоские кремневые пластины. При распаде же бета-излучение распространяется одинаково интенсивно по всем направлениям. Таким образом, больше половины бета-частиц просто-напросто теряется.

Учёные придумали, как обойти это препятствие. Вместо использования плоских кремниевых пластин они решили сформировать на их поверхности множество микроскопических углублений. Их ширина составляет около 1 мкм. Глубина – около 60 мкм. При заполнении элемента тритием значительная его часть будет находиться внутри углублений и будет окружена кремнием почти со всех сторон. Лишь небольшая часть бета-лучей будет теряться через верх углубления. В итоге, эффективность элемента должна повыситься.

Проведённые эксперименты показали, что пока разработка учёных примерно в 10 раз эффективнее традиционных решений. В перспективе преимущество может стать 160-кратным. Для этого учёным предстоит научиться размещать углубления в строго определённом порядке и делать их более частыми. Срок службы батареек будет значительным: период полураспада трития составляет более 12 лет.