Кафедра нейтронографии

Материал из FFWiki.
Перейти к: навигация, поиск
Кафедра нейтронографии
Расположение
Заведующий Аксенов Виктор Лазаревич
Сайт [ https://msu-dubna.ru/neutron/ ]

О кафедре

Заведующий кафедрой – лауреат Государственной премии РФ член-корреспондент РАН, профессор, д.ф.-м.н. Виктор Лазаревич Аксенов.  

   Заместитель заведующего кафедрой – профессор, д.ф.-м.н. С.А. Гончаров.

   Кафедра является базовой для расположенного в г. Дубне международного научного центра – Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ), а также для Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» (г. Москва).

История

  Кафедра нейтронографии создана на отделении ядерной физики физического факультета МГУ в 2000 году.       Первые кафедры физического факультета в Дубне были открыты одновременно с созданием филиала НИИ ядерной физики МГУ (НИИЯФ МГУ) в 1961 г. с целью объединить получение образования в МГУ и научную деятельность в крупнейшем институте мира – ОИЯИ. Одна из этих кафедр – кафедра теории атомного ядра (впоследствии кафедра теоретической ядерной физики) может считаться исторической предтечей кафедры нейтронографии. Ее создателем и бессменным заведующим был один из основателей филиала и ОИЯИ, первый директор ОИЯИ член-корреспондент АН СССР Дмитрий Иванович Блохинцев. Многие выпускники стали ведущими специалистами ОИЯИ, других научные центров и вузов как в России, так и в других странах. Среди выпускников есть деканы, проректоры, директора институтов и президенты академий. Есть и сотрудники, работающие в настоящее время на кафедре нейтронографии.

На кафедре осуществляется подготовка студентов, обучающихся в бакалавриате по профилю «Нейтронная физика и физика наносистем», который кафедра рассматривает как этап предваряющий дальнейшее обучение по реализуемой кафедрой одноименной магистерской программе. В рамках этого профиля на кафедре читаются специальные  дисциплины: «Введение в нейтронографию», «Основы структурного анализа», «Теория рассеяния волн и частиц», «Современные источники нейтронов», «Дозиметрия и радиационная безопасность», «Взаимодействие частиц и излучений с веществом», «Экспериментальные методы  ядерной физики» и др. Начиная с 6-го семестра, студенты часть учебного времени проводят в Дубне на базе Отдела ядерных исследований НИИЯФ МГУ, в котором помимо учебного корпуса имеется общежитие. В Дубне ведущие ученые ОИЯИ читают им лекции по ряду дисциплин профиля, и студенты проходят специальные практикумы.  В 6-ом семестре студенты распределяются в научные группы в ОИЯИ, где проходят научно-исследовательскую практику, выполняют научно-исследовательскую работу и подготовку выпускной квалификационной работы. 

По окончанию бакалавриата выпускники имеют возможность поступить в магистратуру на кафедру нейтронографии для обучения по магистерской программе «Нейтронная физика и физика наносистем». Научный руководитель магистерской программы – член-корреспондент РАН, профессор, д.ф.-м.н. Аксенов В.Л., ответственный за учебно-методическое обеспечение – профессор, д.ф.-м.н. Гончаров С. А. Целью программы является подготовка специалистов в области нейтронной физики и использования методов рассеяния нейтронов для изучения структуры и физических свойств вещества, а также наносистем и материалов на их основе. Программа содержит оригинальные курсы: «Квантово-статистические модели в теории твердого тела», «Теоретические методы физики конденсированного состояния», «Нейтронная оптика», «Экспериментальная физика наносистем», «Методика нейтронного эксперимента», «Математические методы обработки нейтронного эксперимента», «Методы регистрации ионизирующих излучений», «Нейтронный структурный анализ», «Нейтронная ядерная спектроскопия», «Надатомные структуры в наноматериалах», «Липидные наноструктуры и методы их исследования», «Синхротронное излучение в исследованиях конденсированных сред», «Ядерные реакции», «Физика ультрахолодных нейтронов» и др., а также уникальный специальный практикум и выполнение научно-исследовательской работы на физических установках на реакторе ИБР-2М Лаборатории нейтронной физики ОИЯИ. В процессе обучения студенты принимают участие в научных семинарах. В результате освоения программы студенты приобретают навыки использования методов рассеяния нейтронов к решению актуальных проблем в различных областях современного естествознания (физика, биофизика, материаловедение, нанотехнологии и науки о Земле). Студенты при успешном выполнении научной работы получают финансовую поддержку. Занятия научной работой по тематике кафедры, в том числе в рамках выполнения курсовых работ возможны и для студентов 1–2-го курсов. Кафедра проводит учебные научно-исследовательские семинары. На этих семинарах ведущие ученые ОИЯИ, МГУ, НИЦ «Курчатовский институт» и РАН рассказывают студентам о современных проблемах физики конденсированного состояния и нейтронной физики, биологии, геофизики, материаловедении. 

Кафедра участвует в организации и проведении Школ для студентов, аспирантов и молодых ученых. Школы ориентированы на ознакомление с последними достижениями в области исследования конденсированных сред и нанотехнологий с помощью рассеяния нейтронов и других методов. Программа школы включает в себя обзорные доклады ведущих ученых по современным проблемам физики конденсированных сред, химии, биологии, наук о Земле, инженерных наук, а также лекции об основных методах исследования конденсированных сред и наносистем. Участники школы выступают с докладами по своим работам. В рамках школы проводятся лабораторные работы по ядерно-физическим экспериментальным методам исследования конденсированных сред и наносистем. Студенты кафедры имеют также возможность практиковаться и выполнять научную работу и в других научных центрах в Москве в НИИЯФ МГУ, НИЦ «Курчатовский институт» и Центр кристаллографии и фотоники РАН, с которыми кафедра тесно взаимодействует по своей научной программе.        Научная работа на кафедре осуществляется в рамках научной школы, которую возглавляет профессор В.Л. Аксенов. Основы и традиции школы были заложены выдающимся ученым – лауреатом Нобелевской премии по физике академиком И.М. Франком (1908–1990), основавшим в 1957 г. в ОИЯИ Лабораторию нейтронной физики (ЛНФ). В Дубне в ЛНФ ОИЯИ имеется самый высокопоточный в мире импульсный источник нейтронов (реактор ИБР-2М) для исследований конденсированного состояния вещества. Реактор ИБР-2М сооружался под научным руководством Д.И. Блохинцева. Впоследствии научным руководителем реактора стал И.М. Франк, а затем – В.Л. Аксенов. Реактор ИБР-2М прошел глубокую модернизацию и оснащен самой современной аппаратурой, с помощью которой ежегодно проводится 150–200 экспериментов учеными из 25–30 стран. В НИЦ «Курчатовский институт» в качестве экспериментальной научной базы используется реактор ИР-8 и единственный в России специализированный источник синхротронного излучения.  

    В последние годы научная работа сотрудников и студентов ориентирована на следующие научные направления, большинство из которых связано с нанонауками и нанотехнологиями:

Нейтронная оптика: метод стоячих нейтронных волн для исследования слоистых гетероструктур, малоугловое рассеяние для определения параметров наночастиц. Сильнокоррелированные электронные системы: слоистые магнитные металлические гетероструктуры, магнитные полупроводники, соединения с колоссальным магнитным сопротивлением.

Коллоидные дисперсии: магнитные жидкости, растворы углеродных наноматериалов, мицеллы и мицеллярные растворы.

Полимеры: архитектура молекулярных агрегатов в полимерных сетках, гидрофобно-модифицированные гели, дендримеры различных генераций.

Молекулярная биология: нуклеотидные белковые комплексы, структура биологических мембран при внешних воздействиях, переходы мицелла-везикулы.

Геофизика: текстурные исследования геологических пород.

Инженерные науки: поведение новых материалов и промышленных изделий при внешних воздействиях.

    За годы существования кафедры ее аспирантами и сотрудниками защищено несколько кандидатских и докторских диссертаций, опубликованы десятки статей в ведущих научных журналах и докладов на международных конференциях. 

   Одной из характерных черт современной науки является международная кооперация. Исследования с использованием нейтронов и синхротронного излучения, как правило, проводятся на разных источниках в разных странах, поэтому уже при выполнении дипломной работы некоторым студентам приходится выезжать в другие страны. Наиболее тесное взаимодействие кафедра имеет с научными центрами Великобритании, Венгрии, Германии, Польши, Франции и Чехии. 

     По окончании университета выпускники имеют возможность получить работу по конкурсу в ОИЯИ, НИЦ «Курчатовский институт», институтах РАН и других ведомств, а также продолжить обучение и научно-исследовательскую работу на кафедре в аспирантуре МГУ, НИЦ «Курчатовский институт» и РАН.

Мнения о кафедре в целом

Лаборатории кафедры

Темы курсовых работ

Для студентов 2-го курса.

1. Нейтронография в исследовании конденсированных сред.             Цель работы: Ознакомление с основными свойствами нейтронов, их использованием в научных исследованиях принципами нейтронографии (темы: открытие нейтрона; свойства нейтрона как частицы и волны; области использования нейтронов, в связи с их свойствами). Получить представление о крупнейших в Европе международных исследовательских центрах, базирующихся на источниках нейтронов – ОИЯИ (Дубна, Россия), Институт Лауэ-Ланжевена (Гренобль, ЕС), ISIS (Оксфордшир, Великобритания). Ознакомиться со способами получения нейтронов на этих источниках и исследованиями, проводимыми в Центрах в области физики конденсированного состояния.

Задачи: 1. Оценить энергию (Эв), скорость (м/сек) и температуру (K) нейтронов, используемых в структурных исследованиях (длина волны λ≈1 Ǻ). 2. Сравнить характеристики нейтронного пучка ИБР-2 (Дубна, Россия) с характеристиками нейтронных пучков других источников нейтронов.

Литература:

[1] H. Schopper (Ed.), Low Energy Neutron Physics. Low Energy Neutrons and their Interaction with Nuclei and Matter, Part 1, Springer, 2000: 1 – Introduction, 2 – The neutron as an elementary particle, 6 – Neutron scattering lengths. [2] В.Л. Аксенов, А.М. Балагуров. Времяпролётная нейтронная дифрактометрия, 1996, УФН, т. 166, № 9, с. 955: Введение. [3] В. Л. Аксëнов, А. М. Балагуров. Дифракция нейтронов на импульсных источниках. 2016, УФН, т. 186 №3, с. 293–320. [4] В.Л. Аксенов. Пульсирующий ядерный реактор ИБР-2. Наука в России, изд. РАН, 2011, № 1, с. 20-24. [5] Большая Советская Энциклопедия, статьи: Нейтрон, Ядерный реактор. [6] Сайт ЛНФ ОИЯИ http://flnp.jinr.ru/ [7] http://www.ill.eu/instruments-support/instruments-groups/groups/dif/ [8] http://www.isis.stfc.ac.uk/science/science.html [9] http://www.esrf.eu [10] http://nuclphys.sinp.msu.ru/experiment/neutr_gen/index.html  

2. Исследование конденсированных сред на реакторе ИБР-2.             Цель работы: Ознакомление с основными свойствами нейтронов, их использованием в энергетике, технике и научных исследованиях (темы: открытие нейтрона; свойства нейтрона как частицы и волны; области использования нейтронов, в связи с их свойствами). Ознакомление с принципом работы исследовательского импульсного реактора ИБР-2. Обзор экспериментальных станций на реакторе ИБР- 2М, предназначенных для исследований конденсированных сред.

Задача:

1. Оценить энергию (Эв), скорость (м/сек) и температуру (K) нейтронов, используемых в структурных исследованиях (длина волны λ≈1 Ǻ).
2. Сравнить характеристики нейтронного пучка ИБР-2 с характеристиками нейтронных пучков других источников нейтронов (стационарных и импульсных).

Литература:

[1] H. Schopper (Ed.), Low Energy Neutron Physics. Low Energy Neutrons and their Interaction with Nuclei and Matter, Part 1, Springer, 2000: 1 – Introduction, 2 – The neutron as an elementary particle, 6 – Neutron scattering lengths. [2] В.Л. Аксенов, А.М. Балагуров. Времяпролётная нейтронная дифрактометрия, 1996, УФН, т. 166, № 9, с. 955: Введение. [3] В. Л. Аксëнов, А. М. Балагуров. Дифракция нейтронов на импульсных источниках. 2016, УФН, т. 186 №3, с.293–320. [4] В.Л. Аксенов. Пульсирующий ядерный реактор ИБР-2. Наука в России, изд. РАН, 2011, № 1, с.20-24. [5] G. Shirane, S.M. Shapiro, J.M. Tranquada, Neutron Scattering with a Triple-Axis Spectrometer, Cambridge University Press, 2004, Neutron sources (pp. 4-11). [6] Большая Советская Энциклопедия, статьи: Нейтрон, Ядерный реактор. [7] Сайт ЛНФ ОИЯИ http://flnp.jinr.ru/ [8] http://nuclphys.sinp.msu.ru/experiment/neutr_gen/index.html  

3. Структурные исследования с помощью нейтронов, электронов и рентгеновских лучей.             Цель работы: Ознакомление с основными свойствами, способами получения и детектирования излучений, используемых в структурных исследованиях – рентгеновских лучей, нейтронов и электронов (темы: природа излучений; особенности взаимодействия с атомами; источники и способы получения; основные параметры и соотношения).             Задача:

Оценить энергию (Эв) рентгеновских лучей, нейтронов и электронов, используемых в структурных исследованиях (длина волны λ≈1 Ǻ).


Литература:

[1] Ч. Киттель, Введение в физику твёрдого тела, М.: Наука, 1978: Глава 1: Описание структуры кристаллов (стр. 15-20). Глава 2 (стр. 59-65): Использование излучений трех типов. 

[2] V.K. Pecharsky, P.Y. Zavalij, Fundamentals of Powder Diffraction and Structural Characterization of Materials, Springer, 2009: Chapter 6: Properties, sources, and detection of radiation. [3] В.Л. Аксёнов, А.М. Балагуров. Времяпролётная нейтронная дифрактометрия. 1996, УФН, т. 166, № 9, с. 955: 1 – Введение, 2 – Современные источники нейтронов. [4] В. Л. Аксëнов, А. М. Балагуров. Дифракция нейтронов на импульсных источниках. 2016, УФН, т. 186 №3, с. 293–320. [5] Большая Советская Энциклопедия, статьи: Дифракция частиц, Нейтрон, Рентгеновские лучи, Электронный микроскоп. [6] Сайт ЛНФ ОИЯИ: http://flnp.jinr.ru/ [7] Сайт ФНИЦ "Кристаллография и фотоника" РАН: http://www.crys.ras.ru [8] VIII Школа по нейтронной физики. Сборник лекций. Дубна. 1999. (стр.31-46, 177-222).  

4. Исследования с помощью дифракции нейтронов. Основные принципы.            

Цель работы: Ознакомление с основными принципами дифракционного исследования структуры кристаллических тел (темы: кристаллическая структура и кристаллическая решетка; дифракция рентгеновских лучей, нейтронов и электронов – общее и различие; обратная решетка как дифракционная картина от кристаллической решетки). Приобретение навыков применения абстрактного математического аппарата к решению конкретной дифракционной задачи.

          

  Задача: Определить условия возникновения дифракционных отражений от кристаллической решетки.


Литература:

[1] Ч. Киттель, Введение в физику твёрдого тела, 1978, Глава 2. 

[2] Н. Ашкрофт, Н. Мермин, Физика твердого тела, Том 1, 1979, Глава 5. [3] R.J. Roe, Methods of X-ray and Neutron Scattering in Polymer Science, OUP, 2000, Appendix C (параграфы C1, C2). [4] В.Л. Аксёнов, А.М. Балагуров. Времяпролётная нейтронная дифрактометрия, 1996, УФН, т. 166, № 9, с. 955: Введение. [5] В. Л. Аксëнов, А. М. Балагуров. Дифракция нейтронов на импульсных источниках. 2016, УФН, т. 186 №3, 293–320. [5].А.В. Белушкин. Введение в методику рассеяния нейтронов, М.: МГУ, 2000. Лекция 7. [6] Сайт ФНИЦ "Кристаллография и фотоника" РАН: http://www.crys.ras.ru  


5. Нейтронные и синхротронные источники для исследования конденсированных сред.              Цель работы: Ознакомление с основными свойствами, способами получения и детектирования излучений, используемых в структурных исследованиях – нейтронов и рентгеновских лучей (темы: природа излучений; особенности взаимодействия с атомами; источники и способы получения; основные параметры и соотношения). Получить представление о международных исследовательских центрах, базирующихся на источниках нейтронов (ОИЯИ, Дубна, Россия; ILL, Grenoble, EU; ISIS, Oxfordshire, UK) и источниках синхротронного излучения (ESRF, Grenoble, EU). Ознакомиться с исследованиями, проводимыми в этих центрах в области физики конденсированного состояния.            

Задача: Провести сравнение яркости синхротронного источника, плотности потока нейтронов на импульсном и стационарном реакторе.


Литература:

[1] В.Л. Аксенов. Пульсирующий ядерный реактор ИБР-2. Наука в России, 

изд. РАН, 2011, № 1, с.20-24. [2] Г.В. Фетисов. Синхротронное излучение. Методы исследования структуры веществ. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. Глава 2 и 3. [3] Сайт ЛНФ ОИЯИ: http://flnp.jinr.ru/ [4] Сайт Курчатовского комплекса синхротронно-нейтронных исследований: http://www.kcsni.nrcki.ru [5] http://www.ill.eu/instruments-support/instruments-groups/groups/dif/ [6] http://www.isis.stfc.ac.uk/science/science.html [7] http://www.esrf.eu   6. Классическая обратная задача рассеяния.             Цель работы: Ознакомление с основными положениями и формулировкой обратной задачи в классической теории рассеяния на примере одного из методов ее приближенного решения – метода Келлера, приобретение навыков использования необходимого математического аппарата.           

Задача: Решения обратной задачи рассеяния для кулоновского потенциала.


Литература: [1] Р.Ньютон “Теория рассеяния волн и частиц” М.”Мир”, 1969 (Гл.5) [2] Keller J.B. et al., Phys.Rev., 102(1956)557 [3] Л.Д. Ландау, Е.М.Лифшиц, т.1 Механика,М. Наука. 1973 (Гл.4) [4] И.И. Ольховский, Курс теоретической механики для физиков, М.: Наука – 1970 (Гл.3).

Бакалавриат

Третий курс

Четвертый курс

Магистратура

Пятый курс

Шестой курс

Студенты

Материалы

Ссылки