Достижения

 

Наиболее значимые научные результаты 2018 года

Одним из наиболее важных достижений научной и международной деятельности ИЯФиТ в 2018 году является вступление НИЯУ МИФИ в международные коллаборации MPD и BM@N на ускорительном комплексе Nuclotron-NICA, который создается на базе ОИЯИ (г. Дубна). За отчетный период группами исследователей ИЯФиТ были получены следующие результаты, которые будут использованы в создаваемом ускорительном комплексе мегасайенс класса:

  • Проведена оценка отклика детекторных подсистем с использованием Монте-Карло моделей (на основе пакета Geant4) экспериментов ВM@N и MPD, а именно осуществлена разработка и внедрение алгоритмов, методов и программных пакетов для: определения центральности столкновений и плоскости реакции, являющихся основными характеристиками ядерных столкновений; коллективных потоков частиц, которые чувствительны к транспортным свойствам КГМ, уравнению состояния, скорости звука в среде и значениям соотношения вязкости (сдвига и объемной) к плотности энтропии; короткоживущих резонансов и гиперонов, чувствительных к свойствам плотной адронной и партонной среды.
  • Разработана компоновочная схема вакуумной системы криостата для резонаторов первой, второй и третьей групп холодной части нового линейного сверхпроводящего ускорителя инжекционного комплекса NICA.
  • Для установки MPD разработана структурная схема специализированной интегральной микросхемы (СИМС) концентратора данных, обоснован перечень требуемых сложнофункциональных узлов, выбрана технология и осуществлено топологическое планирование размещения узлов и рамки контактных площадок СИМС.
  • Для эксперимента BM@N разработана технология изготовления пленок на основе алмаза для использования в GEM, обладающих предельно высокой радиационной стойкостью, и разработан тестовый детектор для исследования характеристик GEM, а также осуществлены сборка, тестирование и запуск в работу стенда для экспериментального исследования характеристик камер на основе GEM технологии, использующихся в трековой системе эксперимента.
Полученные на уникальной научной установке НЕВОД результаты обнаружения растущего с энергией избытка мюонов в широких атмосферных ливнях, который при энергиях порядка 1018 эВ превышает расчетное значение даже для чисто железного состава первичных космических лучей, были подтверждены Обсерваторией «Пьер Оже» и получили широкое международное признание на международной конференции UHECR-2018, прошедшей в октябре 2018 года в Париже. Избыток мюонов может свидетельствовать о проявлении новых физических процессов их образования при энергиях выше 1017 эВ.

В рамках развития собственной материально-технической и научной базы в НОЦ НЕВОД совместно с ИФВЭ НИЦ КИ начато создание крупнейшего в мире координатно-трекового детектора на дрейфовых камерах (ТРЕК) для регистрации окологоризонтального потока мюонов, генерируемых космическими лучами сверхвысоких энергий. Это позволит найти решение комплекса проблем, связанных с энергетическим спектром, массовым составом и взаимодействиями космических лучей в области сверхвысоких энергий, в том числе мюонной загадки – растущего с энергией избытка мюонов в ШАЛ по сравнению с предсказаниями современных моделей. Детектор площадью 250 м2 будет состоять из 264 многопроволочных дрейфовых камер габаритами 4000×508×112 мм3, разработанных в ИФВЭ. За отчетный период в рамках выполненных работ проведена масштабная проверка дрейфовых камер и их электроники, разработан первый прототип время-цифрового преобразователя для регистрирующей системы детектора ТРЕК, обеспечена работоспособность и осуществлен контроль работы его прототипа (КТУДК), включенного в состав экспериментального комплекса уникальной научной установки НЕВОД, а также проведен длительный эксперимент по регистрации одиночных и групп мюонов, выделяемых координатно-трековым детектором ДЕКОР и КТУДК и проанализированы экспериментальные данные. Усовершенствованы методы реконструкции многочастичных событий, в том числе с использованием нейронных сетей.

В 2018 году в рамках постановлений Правительства РФ, федерально-целевых программ, различных научных фондов, государственного задания и договоров с индустриальными партнерами проведены работы по основным научным направлениям и получены важнейшие научные результаты:

  • Разработана новая методика очистки ксенона, что позволило впервые в полном объеме запустить детектор РЭД-100 и исследовать его характеристики, а также оценить возможность использования реакторных нейтрино для исследования нового вида взаимодействия нейтрино с веществом - упругого когерентного рассеяния нейтрино на тяжёлых ядрах, открытого ранее при участии сотрудников ИЯФиТ в 2017 году.
  • На установке ATLAS в CERN при участии ученых ИЯФиТ проведены измерения сечения ассоциированного рождения Z-бозона с фотоном с последующим распадом Z в нейтрино при энергии столкновений 13 ТэВ по данным эксперимента на LHC, получены интегральное и дифференциальные сечения, а также получены жёсткие ограничения на эффекты физики за рамками стандартной модели. Проведены исследования возможности разделения адронов с энергиями до 6 ТэВ. Показана принципиальная возможность восстановления спектров адронов с точностью 1%. Этот результат является крайне важным для планируемых экспериментов в этой области энергий.
  • Разработана математическая модель реактора ВВР-ц и создана программа TIGRIS-HEX стационарного нейтронно-физического расчета с учетом выгорания исследовательского ядерного реактора ВВР-ц (г. Обнинск, АО «НИФХИ им. Л.Я. Карпова»), предназначенная для оперативного моделирования перегрузок топлива в активной зоне. Проведены исследования для обоснования применимости данного подхода для систем малого размера с водяным и бериллиевым отражателем. Разработанная модель реактора ВВР-ц верифицирована путем сравнения с прецизионными расчетами.
В отчетном году сотрудниками ИЯФиТ организовано и проведено семь международных конференций по научным тематикам ИЯФиТ, пять международных Школ для студентов и аспирантов, реализовано прохождение стажировок и повышение квалификации в ведущих российских и зарубежных научных центрах. Наиболее крупномасштабным мероприятием стала 4-я международная конференция по физике частиц и астрофизике (ICPPA-2018), в работе которой приняли участие около 400 человек из 30 стран мира, в числе которых был Нобелевский лауреат по физике Сэмюэль Тинг (Массачусетский технологический институт, США). В результате проведенной встречи был подписан меморандум о научном сотрудничестве НИЯУ МИФИ с международной коллаборацией AMS, создавшей уникальный магнитный спектрометр для измерения заряда и энергии космических лучей на Международной космической станции. Сотрудничество нацелено на взаимодействие в области поиска темной материи, изучения природы антивещества в Галактике и барионной асимметрии Вселенной, а также исследования гелиосферной модуляции космического излучения.

В 2018 году по результатам работ зарегистрировано 14 результатов интеллектуальной деятельности.

Наиболее значимые научные результаты 2017 года

В 2017 году в рамках постановлений Правительства РФ, Федеральных целевых программ, грантов различных научных фондов и государственного задания и договоров с индустриальными партнерами проведены работы по основным научным направлениям и получены следующие научные результаты:

  • В рамках международного сотрудничества COHERENT впервые в мире проведены экспериментальные наблюдения нового вида взаимодействия нейтрино с веществом - упругого когерентного рассеяния нейтрино на тяжёлых ядрах. Первое сообщение опубликовано в августе 2017 года в высоко-рейтинговом журнале Science.
  • Впервые в мире на установке ATLAS в ЦЕРН при участии ученых ИЯФиТ проведено исследование электрослабого рождения Z бозона с фотоном с последующим распадом Z бозона в два нейтрино. В результате получены наилучшие в мире ограничения на параметры аномальных четверных вершин ZZZ-гамма квант; ZZ-гамма квант-гамма квант и др.
  • Рассчитана и реализована возможность установки дополнительного канала в активной зоне реактора в ИАТЭ в Обнинске для наработки Молибдена-99, который крайне нужен в ядерной медицине при проведении диагностики заболеваний.
  • Созданы и испытаны новые многослойные пленочные экраны градиентного типа, которые в 2 раза лучше, чем предыдущие экраны симметричного типа, защищают фотоумножители от магнитных полей. Данные экраны будут использоваться в установках LHCb и SHiP.
  • В рамках работ, выполняемых на эксперименте CMS: завершена подготовка технического проекта модернизации торцевых калориметров установки CMS для работы в условиях сверхвысокой светимости; получены калибровочные коэффициенты для энергетической шкалы адронного калориметра детектора CMS по данным 2017 года; по экспериментальным данным, полученным на физическом прототипе аналогового адронного калориметра CALICE, проведено сравнение параметров адронных ливней для поглотителей из стали и вольфрама; экспериментально показано, что доля электромагнитной компоненты в случае вольфрамового поглотителя меньше, чем со стальным поглотителем.
  • Рентгеновские сканеры, изготовленные сотрудниками ИЯФиТ, поставлены и запущены в эксплуатацию в местах сборки мюонных камер для модернизации эксперимента ATLAS в Израиле, Канаде, Чили и Китае.
  • Изучены трековые характеристики детектора переходного излучения (TRT) в эксперименте ATLAS при высоких загрузках. Показано что детектор вносит существенный вклад в точность измерения импульсов частиц до загрузок вплоть до 90%.
  • Разработан прототип подсистемы предварительного усиления сигналов камер деления ДМНП.
  • Разработан на базе САПP GET-R1 экспериментальный образец информационной системы для разработки технологической части проектов (САПP технолога) и тестирования ПТК нижнего уровня АСУ ТП на базе средств ТПТС-НТ и ТПТС-СБ.
  • В рамках разработки нового детектора FIT для модернизации эксперимента ALICE: проведено исследование параметров нового (модернизированного под наши требования) фотоумножителя ХР85012/ХР85112 в лабораторных условиях и на ускорителе; проведено исследование старения фотоумножителя ХР85012, которое показало возможность использования его в условиях будущих экспериментов на ALICE; проведено тестирование черенковских детекторов на основе модернизированных фотоумножителей ХР85112 и ХР85012, получено временное разрешение при регистрации однозарядных релятивистских частиц 10 пс.
  • В рамках эксперимента Т2К получен новый результат по прямому поиску нарушения СP симметрии в нейтринных осцилляциях, в дальнем детекторе Супер-Камиоканде зарегистрировано 89 электронных нейтрино и 7 электронных антинейтрино, в результате анализа СP сохранение исключено на уровне 2σ и получено указание на максимальное СP нарушение и значение СP нечетной фазы около - π/2.
  • В рамках проекта Baby-MIND (NP05) и Нейтринная платформа ЦЕРН: в 2017 завершено создание магнитного детектора нейтрино Baby-MIND для измерений нейтринных сечений в области энергий около 1 ГэВ, магнитное поле около 1,5 Тл позволяет надежно идентифицировать заряд частицы, с участием сотрудников и студентов ИЯФиТ разработаны и созданы активные элементы детектора (более 2000 сцинтилляционных детекторов), которые регистрируют треки частиц.
  • Предложен и разработан прототип 3D сегментированного сцинтилляционного детектора нейтрино для осцилляционных экспериментов. Прототип детектора, состоящий из 125 индивидуальных сцинтилляционных детекторов, каждый объемом 1 см3, изучен на канале Т10 (ЦЕРН). Получены параметры детектора (световыход, временное разрешение).
  • Проведена калибровка трековых твердотельных детекторов на ускорителе и измерены параметры треков легких ионов. Результаты исследований используются в экспериментах по исследованию космического излучения на борту МКС. Проведен анализ и сравнение различных методов сканирования и измерения треков в твердотельных детекторах с использованием разных наборов измеряемых параметров; определены оптимальные подходы, позволяющие проводить измерения поглощенной энергии по трекам вторичных частиц космического излучения.
  • Впервые измерена анизотропия космических лучей сверхвысоких энергий по группам мюонов, регистрируемых координатно-трековым детектором ДЕКОР; получены верхние ограничения на амплитуды дипольной анизотропии: 1,6×10-3 для E > 1015 эВ и 2.0×10-2 для E>1016 эВ.
  • Разработан метод восстановления траекторий первичных космических лучей для мюонов, регистрируемых на поверхности Земли. Рассчитаны траектории для трех мест расположения мюонных детекторов: Апатиты, Хабаровск и Москва для положительной и отрицательной полярности Солнца.
  • Разработан комплементарный метод мультикомпонентных исследований наклонных широких атмосферных ливней в области энергий 1015-1019 эВ.
  • С помощью спутникового эксперимента «ПАМЕЛА» впервые проведено исследование Форбуш понижения интенсивности космических лучей (эффекта, связанного с выбросом корональной массы во время развития активных процессов на Солнце) в широком диапазоне жесткостей (0,4-20 ГВ) и для разных компонент ПКЛ (протоны, ядра гелия и электроны); показано, что времена восстановления для потоков протонов и ядер гелия ПКЛ при Форбуш эффекте совпадают (6-10 дней в зависимости от жесткости частиц) и находятся в хорошем согласии с теоретическими моделями, в то время как для электронной компоненты ПКЛ обнаружено существенно более быстрое время восстановления потока до стационарных величин (2-3 дня при жесткости менее 2 ГВ); полученный результат не укладывается в существующие модели и требует создания новых моделей для описания поведения электронной компоненты ПКЛ во время Форбуш понижений.
  • На основе анализа закономерностей формирования структуры и текстуры тонкостенных труб и штампованных ячеек из сплава циркония, а также моделирования процесса штамповки разработаны рекомендации по оптимизации технологии изготовления ячеек дистанционирующих решеток ТВС реактора ВВЭР-1000.
  • В результате изучения послойной неоднородности горячекатаных листов ферритной стали, используемых для изготовления труб магистральных газопроводов, выявлен механизм торможения радиальных трещин в трубах за счет создания тестурного градиента, способствующего ветвлению трещин.
  • Экспериментально продемонстрирована возможность применения модернизированного сплава-припоя СТЕМЕТ 1101М для изготовления диверторных модулей европейского дизайна для термоядерной установки ИТЭP путем создания неразъемных соединений вольфрама с бронзой.
  • Разработана физическая модель компактирования дисперсно-упрочненных ферритно-мартенситных сталей, учитывающая взаимное влияние упрочняющего эффекта, оказываемого наночастицами Y2O3 на материал матрицы, и разупрочнения вследствие влияния наночастиц на усиление разогрева отдельных областей компакта из-за искажения частицами распределения электрического тока.
  • Разработан метод расчета функции взаимного разворота (ФВР) кристаллов с использованием кватернионного представления элементов симметрии кубических и гексагональных кристаллов, определена область минимальных разворотов в эйлеровском пространстве для кубических и гексагональных кристаллов и получены предварительные расчетные данные о ФВРё с учетом положения главных максимумов экспериментальных функций распределения ориентаций (ФРО) для прокатанных материалов с текстурой типа меди, серебра, α-Fe и латуни.
  • В рамках сотрудничества с ИЯИ РАН продолжаются исследования нейтронной компоненты ШАЛ на первой в мире установке УРАН, созданной в 2016 году, которая позволяет регистрировать нейтроны по всей площади ШАЛ. В 2017 году получены первые данные по спектру нейтронов, их пространственному и временному распределениям.
  • В 2017 году в рамках соглашения с Геофизическим центром РАН в ИЯФиТ стартовал научный проект «Создание метода ранней диагностики геомагнитных бурь на основе цифровой обработки временных рядов матриц наблюдений мюонного годоскопа», который будет выполняться до 2019 года. Направленный на разработку принципиально нового подхода к распознаванию предвестников геомагнитных бурь и ранней диагностики связанных с ними экстремальных событий в гелио- и магнитосфере на основе системного анализа данных наблюдений мюонного годоскопа УРАГАН.
  • В рамках сотрудничества с ИЗМИРАН начаты исследования гелиосферных возмущений, вызванных активными процессами на Солнце по данным мюонных годоскопов и нейтронных мониторов, в 2018 году планируется заключение соглашения о совместной разработке новых подходов к анализу вариаций космических лучей.


  • В 2017 году по результатам работ зарегистрировано 8 результатов интеллектуальной деятельности:

    • Модуль для распараллеливания вычислительного процесса с использованием технологии MPI в «CAE Fidesys»;
    • Программа ЭВМ «Программа Прочностных Расчётов «CAE – Fidesys» – линейный расчёт эффективной прочности композиционного материала в двумерном случае»;
    • Модуль расчета напряженно-деформированного состояния для задач термоупругости в «CAE Fidesys»;
    • Способ получения быстрозакаленного безбористого припоя на основе никеля для пайки изделий из коррозионно-стойких сталей, припой, паяное соединение и способ его получения;
    • Отражатель нейтронов ядерного реактора типа ВВР;
    • Программа для работы с платами ADLINK PCI-9812/9810 и сбора, и анализа характеристик сигналов, поданных на вход АЦП;
    • Программа ЭВМ «REPRORYV»;
    • Программа ЭВМ «TEMPR_5».

Наиболее значимые научные результаты 2016 года

Наиболее значимые научные результаты 2016 года
● Развитие собственной научно-исследовательской и технологической инфраструктуры ИЯФиТ: налажена и введена в эксплуатацию новая крупномасштабная (104 кв. м.) установка для регистрации широких атмосферных ливней (НЕВОД-ШАЛ), начаты эксперименты.

● Исследование эмиссии электронов из жидкого ксенона через электролюминесценцию газовой фазы на уникальной экспериментальной установки РЭД-100, созданной в лаборатории ИЯФиТ, и предназначенной для обнаружения эффекта упругого когерентного рассеяния нейтрино на тяжёлых ядрах.

● Разработка и изготовление сотрудниками лаборатории ИЯФиТ рентгеновских сканеров системы контроля качества производства детекторов «Новых малых колес» для модернизации установки АТЛАС в ЦЕРН.

● Изучение вариации доли позитронов в суммарном электрон/ позитронном потоке в 24 цикле солнечной активности в эксперименте «ПАМЕЛА» на космическом аппарате «Ресурс-ДК1».

● Старт программы по сканированию энергии налетающего пучка ядер свинца на установке NA61/SHINE Протонного Суперсинхротрона в ЦЕРНе, предложенной учеными НИЯУ МИФИ.

● Создание миниатюрной установки для исследования свойств и поведения циркониевых компонентов активных зон легководных реакторов (на тепловых нейтронах) в условиях аварийных ситуаций.

Структурные преобразования

Структурные преобразования
В 2016 году разработан и начата реализация плана мероприятий по реорганизации существующих подразделений, курируемых ИЯФиТ и формирования новой структуры института.

В состав ИЯФиТ были включены две ведущие международные лаборатории: Межкафедральная лаборатория экспериментальной ядерной физики и Межкафедральная лаборатория перспективных технологий создания новых материалов, а также Научно-образовательный центр НЕВОД, на базе которого функционирует уникальная научная установка мирового уровня.

На базе НОЦ НЕВОД в рамках сотрудничества с Ереванский физический институт (Армения) открыта новая Международная исследовательская лаборатория "Физика атмосферных процессов".

Дополнительно в ИЯФиТ открыты две новые Учебно-научные лаборатории: «Компьютерное инженерное моделирование в области ядерных технологий» и «Детекторы частиц высоких энергий».

Для обеспечения системной подготовки инженеров-проектировщиков ядерных систем и оборудования в рамках ИЯФиТ в 2016 году разработана концепция и план мероприятий по созданию в 2017 году «Высшей инженерной школы», в которой будут сосредоточены образовательные программы, по моделированию, проектированию и прототипированию сложных технических систем.

Глобальные проекты

Глобальные проекты
В 2016 году для поиска ответов на глобальные вызовы и решения поставленных перед ИЯФиТ задач сформирован перечень мероприятий, а также определены основные направления научных исследований и разработаны три прорывных научных проектов:

  • «Создание экспериментальных установок и изучение свойств материи в экстремальных условиях на ускорительных комплексах класса мега-сайенс»;
  • «Инновационные направления повышения безопасности АЭС (топливо, материалы, мониторинг)»;
  • «Обнаружение предвестников неблагоприятных процессов и явлений в околоземном пространстве, вызываемых солнечной активностью».

Разработанные проекты ориентированы на решение следующих глобальных научно-технологических задач:

  • изучение свойств материи в экстремальных условиях на фемто-масштабах, для реализации которой необходимы: создание ускорительного комплекса NICA, детекторных систем и киберинфраструктуры c использованием передовых и разработкой новых технологий; создание научно-образовательной базы для подготовки специалистов мирового уровня, что позволит России выйти на лидирующие позиции в области изучения фундаментальных свойств материи и создания установок мега-сайенс класса (NICA, FAIR, RHIC, LHC);
  • повышение безопасности атомных электростанций при приемлемых технико-экономических показателях путем создания топлива, устойчивого к авариям, постоянного ядерно-физического мониторинга состояния активной зоны и прогнозирования деградации свойств материалов оборудования реакторной установки в процессе эксплуатации;
  • всесторонний мониторинг и прогнозирования развития потенциально-опасных процессов в магнитосфере и атмосфере Земли с целью минимизации рисков и последствий возможных катастрофических явлений.

Сотрудничество

  • Oiai
  • Cern Logo Blue
  • Ki Logo
  • mit
  • ATm Logo Maroon On White
  • Logo Rosatom
  • Logo Roskosmos
  • Logo Rostec
  • Iaea Logo
  • Logo Tokyo Institute Of Technology
  • KEK JAPAN
  • DESY Logo Cyan RGB Ger
  • Argonne National Laboratory
  • Nea Nuclear Energy Agency Logo
  • 654px Iter.svg
  • 1280px OECD Logo New.svg
  • 1280px Oak Ridge National Laboratory Logo.svg
  • 2000px Los Alamos Logo.svg
  • FAIR Logo Rgb
  • Logo Big
  • Logo Of The ENEN Association
  • images/partners1/_WNU.png