7.1 физика конденсированного состояния

 

Математическое моделирование процессов взаимодействия рентгеновского излучения с веществом и элементами измерительных приборов и их программная реализация. Разработка рентгеновской информационно-вычислительной среды

Тема 1: Разработка справочной информации по фундаментальным параметрам, элементам рентгеновских измерительных приборов, по исследуемым материалам и аналитическим программам.

Тема 2: Разработка расчетных и технологических методов при создании и исследовании приборов экспериментальной физики.

Ожидаемые научные результаты

Программная реализация проведённых разработок позволит проводить моделирование процессов в рентгеновских спектрометрах, содержит симулятор спектрометра и позволяет моделировать процесс проведения градуировки и анализа. Так же комплекс программ позволяет моделировать прохождение сигнала в приборах в зависимости от компоновки различных элементов прибора и предсказывать сигнал на выходе прибора.

Имеющийся научный задел

Разработана методология рентгенофлуоресцентного анализа на принципах теоретических коррекций межэлементных влияний, включающая способ теоретических поправок с раздельным учетом влияющих факторов, априорную оценку метрологических параметров рентгенофлуоресцентного анализа, разработку уравнений связи для учета взаимных влияний, оценку степени гетерогенности материала.

Имеется опыт в экспериментальном и теоретическом изучении формирования аналитического сигнала в рентгенофлуоресцентном анализе, в разработке рентгеновских спектрометров (выпускаемых НПП «Буревестник» (г. Санкт-Петербург), НПО «СПЕКТРОН» (г. Санкт-Петербург), ПО «Научприбор» (г. Орел) и заводом «Красный Октябрь» (г. Одесса)) и способов рентгенофлуоресцентного анализа.

Разработан комплекс программ, реализующих разработанные методы.

Список основных публикаций

  1. Калинин Б.Д., Плотников Р.И., Федорова Л.М. К обоснованию метода теоретических поправок в рентгеноспектральном анализе // Заводская лаборатория. 1980. Т. 46, №6. С. 505-507.
  2. Калинин Б.Д., Плотников Р.И. Раздельный учет эффектов поглощения и избирательного возбуждения в методе теоретических поправок при рентгеноспектральном анализе // Заводская лаборатория. 1981. Т. 47, №9. С. 53-56.
  3. Калинин Б.Д., Плотников Р.И Токтарева Е.Г. Инструментальная погрешность рентгеноспектрального анализа продуктов черной металлургии // Заводская лаборатория. 1982. Т 48, №12. С. 26-28.
  4. Плотников Р.И., Калинин Б.Д. Федорова П.М. Способ выявления гетерогенности материалов // Авторское свидетельство 958934 СССР. Заявка: 3251042 23.02.81; опубл. 14 мая 1982. Бюллетень № 34.
  5. Калинин Б.Д., Карамышев Н.И., Плотников Р.И., Вершинин А.С. Учет изменения эффективной длины волны в рентгеноспектральном анализе способом теоретических поправок // Заводская лаборатория. 1985. Т. 51, №8. С. 25-27.
  6. Калинин Б.Д., Плотников Р.И. Рентгеноспектральный анализ сталей и его промышленное внедрение // Заводская лаборатория. 1986. Т. 52, №2 С. 22-30.
  7. Калинин Б.Д., Плотников Р.И. Подвальный Я.А. Рентгеноспектральный анализ сталей и сплавов // Заводская лаборатория. 1993. Т. 59, №9. С. 16-20.
  8. Калинин Б.Д., Плотников Р.И. Рентгенофлуоресцентный анализ следов вещества // Заводская лаборатория. 1998. Т. 64, №2. С. 16 - 24.
  9. Карамышев Н.И., Калинин Б.Д., Воеводская Е.А., Плотников Р.И., Драчёва Н.Е. Программный комплекс НАЛАДКА-W СПАРК-1М // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 990133 РОСПАТЕНТ. Заявка №980591 14 октября 1998; опубл. 15 марта 1999 г.

10.  Карамышев Н.И., Калинин Б.Д., Воеводская Е.А., Плотников Р.И. Программный комплекс КОРСА-W // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 990123 РОСПАТЕНТ. Заявка №980536 14 сентября 1998; опубл. 12 марта 1999 г.

11.  Карамышев Н.И., Калинин Б.Д., Воеводская Е.А., Плотников Р.И. Программный комплекс БЭТА-W // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 990234 РОСПАТЕНТ. Заявка №990095 01 марта 1999; опубл. 30 апреля 1999 г.

12.  Карамышев Н.И., Калинин Б.Д., Воеводская Е.А., Плотников Р.И. Программный комплекс СПЕКТР-W // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 990405 РОСПАТЕНТ. Заявка №990285 19 апреля 1999; опубл. 18 июня 1999 г.

13.  Мосичев В.И., Николаев Г.И., Калинин Б.Д. Металлы и сплавы. Анализ и исследование. Методы атомной спектроскопии. Атомно-эмиссионный, атомно-абсорбционный и рентгенофлуоресцентный анализ: Справ. СПб.: НПО «Профессионал», 2006. 716 с.

14.  Калинин Б.Д., Плотников Р.И. Развитие способа уравнений связи с теоретическими коэффициентами в рентгенофлуоресцентном анализе // Заводская лаборатория. 2008. Т. 74, №3. С. 19-24.

15.  Калинин Б.Д., Плотников Р.И. Способы построения уравнений связи в количественном рентгенофлуоресцентном анализе на основе теоретических коэффициентов влияния // Заводская лаборатория. 2009. Т. 75, №7. С. 16-20.

16.  Калинин Б.Д., Плотников Р.И., Савельев С.К., Сергеев Ю.И. Моделирование процессов в рентгенофлуоресцентном анализе // VII ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФРЕНЦИЯ ПО РЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНОМУ АНАЛИЗУ. 19 – 23 сентября 2011г., Новосибирск. Тезисы докладов. Стр. 14.

 

Развитие новых принципов получения и обработки информации при проведении рентгеноспектральных и рентгенофлуоресцентных исследований

Тема 1: Теоретическое и экспериментальное исследование роли релеевского и комптоновского рассеяния рентгеновского излучения на процесс формирования аналитического сигнала при рентгеноспектральных исследованиях.

Ожидаемые научные результаты

Отношение интенсивностей релеевского (когерентного) и комптоновского (некогерентного) рассеянных излучений предполагается рассматривать как источник аналитической информации. Это позволит проводить определение элементов с малым атомным номером (включая определение водорода, у которого отсутствуют спектры флуоресцентного излучения) в диапазоне коротких и средних длин волн). Это позволит повысить надёжность рентгеноспектрального и рентгенофлуоресцентного определения элементов с малым атомным номером.

Имеющийся научный задел

Теоретически и экспериментально показано, что интенсивности когерентного и некогерентного рассеяния первичного рентгеновского излучения органическими соединениями содержат информацию о количественном содержании входящих в соединение элементов: водорода, углерода, азота, кислорода. Разработаны способы извлечения этой информации.

Список основных публикаций

  1. Калинин Б.Д., Плотников Р.И., Речинский А.А. К возможности определения состава органических соединений по интенсивности рассеянного рентгеновского излучения // Аналитика и контроль. 2011. Т. 15. № 2. С. 163-169.
  2. Родинков О.В., Калинин Б.Д., Плотников Р.И., Речинский А.А. Спектрометр для определения легких элементов в органических соединениях // Патент РФ на полезную модель № 98590. Заявка № 2010121549 28 мая 2010 г.; опубл. 20 октября 2010 г. Бюллетень «Изобретения, полезные модели» № 29
  3. Родинков О.В., Калинин Б.Д., Плотников Р.И., Речинский А.А. Способ рентгеноспектрального определения водорода, углерода и кислорода в органических соединениях и устройство для определения водорода, углерода и кислорода в органических соединениях // Патент РФ на изобретение №2426104. Заявка 2010121314/28 27 мая 2010 г.; опубл. 10 августа 2011 г. Бюллетень «Изобретения, полезные модели» №22
  4. Калинин Б.Д., Плотников Р.И., Савельев С.К. Рентгеноспектральный анализ органических соединений // VII ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФРЕНЦИЯ ПО РЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНОМУ АНАЛИЗУ. 19 – 23 сентября 2011г., Новосибирск. Тезисы докладов. Стр. 13.

 

Тема 2: Исследование возможности проведения вещественного анализа на рентгеновских флуоресцентных спектрометрах.

 

Ожидаемые научные результаты

Форму спектральной линии можно рассматривать как источник информации о химическом сдвиге внутренних рентгеновских линий и ближайшем окружении атомов элемента. Для элементов, находящихся в разных соединениях, возможно получить количественную оценку величины химического сдвига при рассмотрении разностных спектров этих элементов.

Имеющийся научный задел

Проведены теоретические и экспериментальные исследования на соединениях марганца, железа и урана и разработаны способы количественной оценки величины химического сдвига внутренних рентгеновских линий на уровне десятых долей эВ с погрешностью 10% отн.

Список основных публикаций

  1. Калинин Б.Д., Плотников Р.И., Костиков Ю.П. К возможности использования портативного рентгеновского спектрометра СПАРК-1М для исследования химической связи // Журнал прикладной химии. 2001. Т. 74, Вып.11. С. 1825-1828.
  2. Brytov I.A., Plotnikov R.I., Kalinin B.D. Usability of portable X-ray spectrometer for discrimination of valence states // Advances in X-ray Analysis, 2002, V. 45, p. 409-414.
  3. Бешта С.В., Витоль С.А., Калинин Б.Д., Мосичев В.И. Рентгеноспектральный анализ состава конструкционных материалов строящихся и эксплуатируемых АЭС // V Межотраслевое научно-техническое совещание «Проблемы и перспективы развития химического и радиационного контроля в атомной энергетике». Тезисы докладов. Г. Сосновый Бор. 22-24 сент. 2009. С. 36-37.

 

Тема 3: Исследование процессов когерентного рассеяния первичного рентгеновского излучения на упорядоченных структурах как источника помех и аналитической информации для рентгенофлуоресцентного анализа.

Ожидаемые научные результаты

Первичное рентгеновское излучение, когерентно рассеянное на образцах с кристаллической структурой, интерферирует, из-за чего могут возникать дифракционные пики. Возникновение дифракционных пиков при проведении количественного рентгенофлуоресцентного анализа может являться мешающим фактором, нарушающим ожидаемую функциональную концентрационную зависимость для аналита за счёт увеличения или уменьшения интенсивности аналитической линии или за счёт перераспределения фоновой составляющей. Также это может являться одним из факторов возникновения эффекта гетерогенности исследуемого материала. Исследование причин возникновения этих эффектов и выбор условий проведения эксперимента позволят снизить влияние помех и получить дополнительную аналитическую информацию.

Имеющийся научный задел

Исследованы причины возникновения дифракционных пиков при проведении рентгенофлуоресцентного анализа. На примере анализа сталей разработаны способы устранения помех при проведении анализа и разработан способ получения дополнительной аналитической информации: определение содержания углерода в сталях и чугунах с использованием интенсивности пиков дифракционного отражения от кристаллитов цементита, являющегося фазовой составляющей железоуглеродистых сплавов.

Список основных публикаций

  1. Калинин Б.Д., Руднев А.В. Эффекты дифракции в рентгенофлуоресцентном анализе и использование их в аналитических целях // Аналитика и контроль. 2011. Т. 15. № 3. С. 332-338.
  2. Родинков О.В., Калинин Б.Д.,  Руднев А.В. Устройство для определения углерода в углеродистых и легированных сталях // Патент РФ на полезную модель № 96252. Заявка № 2010111226 25 марта 2010 г.; опубл. 20 июля 2010 г. Бюллетень «Изобретения, полезные модели» № 20 (ч.V), 2010 г.
  3. Родинков О.В., Калинин Б.Д., Руднев А.В. Рентгеноспектральный способ определения содержания углерода в сталях и устройство для определения содержания углерода в сталях // Патент РФ на изобретение №2427825. Заявка. № 2010111009 24 марта 2010 г.; опубл. 27 августа 2011 г. Бюллетень «Изобретения, полезные модели» №24.
  4. Калинин Б.Д., Руднев А.В. Использование эффектов дифракции в рентгенофлуоресцентном анализе для определения углерода в сталях // VII ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФРЕНЦИЯ ПО РЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНОМУ АНАЛИЗУ. 19 – 23 сентября 2011г., Новосибирск. Тезисы докладов. Стр. 97.

 

Тема 4: Исследование и разработка конструкций приборов и схем проведения экспериментов для повышения чувствительности при измерении эффективного атомного номера среды с целью концентрирования и обогащения.

Ожидаемые научные результаты

            Эффективный атомный номер среды является количественной характеристикой содержания рудного элемента в породе, ценного металла в металлическом ломе или алмазов в кимберлитовой глине. Повышение чувствительности при измерении эффективного атомного номера среды за счёт оптимальной компоновки измерительного прибора, элементов прибора и схем проведения экспериментов позволит существенно повысить эффективность процесса обогащения руды или извлечения ценного компонента из измеряемого материала.

Имеющийся научный задел

Проведены теоретические и экспериментальные исследования компоновки измерительных приборов, используемых элементов и схем проведения экспериментов. Результаты этих исследований позволили предложить способы и устройства, позволяющие повысить чувствительность измерения эффективного атомного номера среды.

Список основных публикаций

  1. Калинин Б.Д. Плотников Р.И., Речинский А.А. Датчик для измерения эффективного атомного номера среды // Патент РФ на полезную модель № 93155. Заявка № 2009143966 27 ноября 2009 г.; опубл. 20 апреля 2010 г. Бюллетень «Изобретения, полезные модели» № 11.
  2. Калинин Б.Д. Плотников Р.И., Речинский А.А. Рентгеноспектральный анализатор для идентификации и сепарации материалов // Патент РФ на изобретение №2406277. Заявка № 2009143639 26 ноября 2009 г.; опубл. 10 декабря 2010 г. Бюллетень «Изобретения, полезные модели» № 34.
  3. Петрова Л.Н., Брытов И.А., Гоганов А.Д., Калинин Б.Д. Плотников Р.И. Датчик для измерения и контроля эффективного атомного номера материала // Патент РФ на полезную модель № 100626. Заявка № 2010121547 28 мая 2010 г.; опубл. 20 декабря 2010 г. Бюллетень «Изобретения, полезные модели» № 35.
  4. Петрова Л.Н., Калинин Б.Д. Плотников Р.И. Устройство для разделения когерентно и некогерентно рассеянного рентгеновского излучения с газоразрядным пропорциональным детектором // Патент РФ на полезную модель №109293. Заявка: 2011121724/28, от 31 мая 2011 г.; опубл. 10 октября 2011. Бюллетень «Изобретения, полезные модели» № 28.
  5. Петрова Л.Н., Калинин Б.Д. Плотников Р.И. Устройство для разделения когерентно и некогерентно рассеянного рентгеновского излучения на основе сцинтилляционного счетчика // Патент РФ на полезную модель №109294. Заявка: 2011121723/28, от 31 мая 2011 г.; опубл. 10 октября 2011. Бюллетень «Изобретения, полезные модели» № 28.
  6. Петрова Л.Н., Брытов И.А., Гоганов А.Д., Калинин Б.Д. Плотников Р.И. Способ рентгеноспектрального определения эффективного атомного номера материала и устройство для его реализации // Патент РФ на изобретение № 2432571.Заявка №2010121316 27 мая 2010 г.; решение о выдаче патента РФ на ИЗ от 20.05.2011г.; опубл. 27 окт. 2011 г. Бюллетень «Изобретения, полезные модели» № 30.
  7. Петрова Л.Н., Калинин Б.Д., Плотников Р.И. Способ рентгеноспектральной сепарации материала и устройство для его реализации // Заявка на выдачу патента РФ на изобретение с номером государственной регистрации 2011152790 и датой приоритета от 26.12.11.
  8. Петрова Л.Н., Калинин Б.Д., Плотников Р.И. Рентгеноспектральный сепаратор // Заявка на выдачу патента РФ на полезную модель с номером государственной регистрации 2011153061 и датой приоритета от 26.12.11.

 

Тема 5: Разработка способов идентификация органических соединений и взрывчатых веществ методами анализа с использованием рентгеновского излучения.

Ожидаемые научные результаты

Разрабатываются новые способы идентификации органических соединений и взрывчатых веществ методом недеструктивного рентгеновского анализа.

Имеющийся научный задел

Исследованы возможности идентификации производителей взрывчатых веществ и пиротехнических составов по введенным добавкам с применением рентгеновских спектрометров. Предложена методика, основанная на измерении интенсивностей когерентно и некогерентно рассеянных исследуемым объектом рентгеновских характеристических линий первичного спектра, расположенных в диапазоне длин волн 0.5 – 3 Å, и вычислении эвклидовых расстояний между ними в многомерном пространстве, координатами которого служат измеренные интенсивности и/или их отношения.

Список основных публикаций

  1. Калинин Б.Д., Майорова Е.Н., Плотников Р.И., Савельев С.К., Сергеев Ю.И Оценка возможности идентификации производителей взрывчатых веществ и пиротехнических составов по введенным добавкам // Труды научно-практической конференции / Инновационные технологии и технические средства специального назначения / Балт. Гос. Техн. Ун-т. СПб., 2008. С. 30-34.
  2. Калинин Б.Д. Плотников Р.И., Речинский А.А. Применение рентгеновской спектрометрии для идентификации органических соединений и материалов // Аналитика и контроль. 2011. Т. 15. № 1. С. 56-63.

 

Повышение безопасности ядерных реакторов в атомной энергетике. Исследование процессов при тяжёлых авариях на АЭС с деградацией и плавлением активной зоны

Работы выполняются по Проектам МНТЦ №3592 METCOR,  №1950 CORPHAD, №3813 PRECOS.  

Тема 1: Исследование возможности количественного и вещественного анализа кориумных систем методом рентгенофлуоресцентного анализа.

Ожидаемые научные результаты

Выбор наиболее перспективного, наименее трудоемкого метода анализа конструкционных материалов строящихся и эксплуатируемых атомных электростанций, экологического и коррозионного мониторинга, контроля технологических сред ядерных энергетических установок с применением рентгеновской аналитической аппаратуры, рекомендации по оптимизации условий измерений для получения достоверной информации о химическом составе кориума и его вещественном состоянии.

Определение концентрационных зависимостей температур ликвидус и солидус для построения фазовых диаграмм кориума и смесей на его основе с целью расчетного моделирования процессов взаимодействия расплава кориума с конструкционными и строительными материалами реакторной установки, бетонной шахты и ловушки расплава. Верификация термодинамических компьютерных кодов и программно-ориентированных баз данных, построенных на основе полученных экспериментальных измерений. Использование верифицированных термодинамический кодов для прогноза тяжелых аварий и их последствий.

Имеющийся научный задел

Проведена оценка аналитических характеристик рентгеновских спектрометров при проведении количественного и вещественного анализа кориумных систем. Предложен способ градуировки спектрометра при отсутствии СО анализируемого материала. Предложен способ градуировки и анализа при рентгенофлуоресцентном определении следовых содержаний. Проведены теоретические исследования по оптимизации условий рентгенофлуоресцентного анализа кориумных систем и оценки метрологических параметров анализа: определены оптимальные режимы работы рентгеновского спектрометра; предложено использовать аналитические линии определяемых элементов, свободные от наложений; предложено использование тяжелого разбавителя (ZnO или Ho2O3) для улучшения метрологических параметров анализа кориумных систем и оптимизации подготовки проб. Разработан способ определения валентного состояния урана и железа в пробах кориума.

Список основных публикаций

  1. Бешта С.В., Витоль С.А., Калинин Б.Д., Мосичев В.И. Решение проблем количественного и вещественного анализа кориумных систем методом рентгеноспектрального анализа // V Межотраслевое научно-техническое совещание «Проблемы и перспективы развития химического и радиационного контроля в атомной энергетике». Тезисы докладов. Г. Сосновый Бор. 22-24 сент. 2009. С. 37-38.
  2. Бешта С.В., Витоль С.А., Калинин Б.Д., Мосичев В.И., Плотников Р.И., Сергеев Ю.И. Перспективы применения количественного рентгенофлуоресцентного анализа в атомной энергетике. Существующие решения и новые разработки // Материалы пятого научно-технического совещания «Проблемы и перспективы развития химического и радиохимического контроля в ядерной энергетике» (Атомэнергоаналитика-2009). 22-24 сентября 2009 года, г. Сосновый Бор Ленинградской области. Сборник докладов. - СПб.: ВВМ, 2009.-500 с.
  3. Витоль С.А., Калинин Б.Д., Крушинов Е.В. Оценка возможности количественного и вещественного анализа кориумных систем методом рентгенофлуоресцентного анализа // VII ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФРЕНЦИЯ ПО РЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНОМУ АНАЛИЗУ. 19 – 23 сентября 2011г., Новосибирск. Тезисы докладов. Стр. 87.
  1. Бешта С.В., Витоль С.А., Калинин Б.Д., Мосичев В.И. Рентгеноспектральный анализ состава конструкционных материалов строящихся и эксплуатируемых АЭС // V Межотраслевое научно-техническое совещание «Проблемы и перспективы развития химического и радиационного контроля в атомной энергетике». Тезисы докладов. Г. Сосновый Бор. 22-24 сент. 2009. С. 36-37.
Готовый сайт из галереясайтов.рф