Iнститут ядерних дослiджень -- минуле, сучасне, майбутнe
Хто хоч раз проїжджав по проспекту Науки, мабуть, звернув увагу на дивну споруду, над дахом якої височать труби, подвiйнi в'їзнi ворота ретельно охороняються вiйськовими, а фасад прикрашає кольорове панно з зображенням двох енергiйних молодих чоловiкiв, якi завзято розтинають промiнями атом. Мiсцевi жителi з побоюванням подивляються на цю установу i водночас з цiкавiстю -- на її спiвробiтникiв, якi спокiйнiсiнько собi крокують на работу i, знiмаючи свої робочi мiсця з-пiд охорони, називають вартовому дивнi коди -- А-8, К-5… Якi ж то цiнностi i таємницi криються за сiмома замками установи, вiдомої як Iнститут ядерних дослiджень Нацiональної академiї наук України?
Створення iнституту
В Українi ядерна проблематика почала розвиватися ще в довоєннi роки у Харкiвському фiзико-технiчному iнститутi АН УРСР. Її актуальнiсть визначалася самим ходом подiй у свiтi. Пiсля вiдкриття явища розщеплення ядер урану i вiдтворення ланцюгової реакцiї, в результатi якої видiляється величезнa енергiя, науковцi i полiтики усвiдомили, що настає нова епоха -- ядерна. В рядi країн, у тому числi й у СРСР, розпочалося формування власних ядерних програм. Реалiзацiя поставлених завдань потребувала розгалуженої мережi наукових та науково-технiчних iнститутiв i пiдприємств. Створювалися вони й в Українi.
Iнститут ядерних дослiджень -- порiвняно молода наукова установа. В цьому роцi йому офiцiйно виповниться лише 33 роки. Проте його пiдвалини почали закладатися ще в далекому 1944 роцi, майже вiдразу пiсля звiльнення Києва вiд фашистських загарбникiв. Саме тодi з iнiцiативи i за активної участi академiка АН УРСР Олександра Iллiча Лейпунського в Iнститутi фiзики АН УРСР було розпочато ядерно-фiзичнi дослiдження i створено вiддiл ядерної фiзики. Київськi вченi-ядерники були залученi до виконання важливих державних ядерних програм, що сприяло створенню нових вiддiлiв з ядерної тематики, а згодом їх об'єднанню в окремий науково-дослiдний заклад. У 1970 роцi згiдно з постановою уряду i започаткував свою дiяльнiсть Iнститут ядерних дослiджень. Першим директором iнституту було призначено академiка АН УРСР М. В. Пасiчника. З 1974 по 1983 рiк директором iнституту був академiк НАН України О. Ф. Нiмець, а з 1983 року iнститут очолює академiк України I. М. Вишневський.
Експериментальна база
Труднощi ядерних дослiджень пов'язанi з потребою мати вiдповiдне оснащення -- своєрiднi специфiчнi мiкрозонди, якi змогли б проникати в атомне ядро. Роль таких мiкрозондiв, або «снарядiв», якими бомбардують дослiджуванi матерiали, виконують пучки елементарних частинок (електронiв, протонiв, нейтронiв), гамма-фотонiв та прискорених ядер рiзних атомiв. Вони формуються на спецiальних ядерно-фiзичних установках-прискорювачах та атомних реакторах. Наш iнститут оснащенний такими установками. Ще в 1956 роцi був побудований циклотрон У-120, в 1960 почав працювати дослiдницький ядерний реактор ВВР-М-10 (пiзнiше при ньому було побудовано «гарячi камери» -- захиснi бокси для проведення дослiджень з високорадiоактивними матерiалами), в 1964 роцi введено в дiю електростатичний генератор ЕСГ-5, а у 1976 роцi запущено iзохронний циклотрон У-240, який на той час не мав аналогiв у Європi. З 1997 року на базi ЕСГ-5 дiє тандем-генератор ТГП-10 з подвоєною енергiєю пучка. Значну роль вiдiграє випробувальний радiоактивний комплекс на базi високоiнтенсивного радiоактивного кобальтового джерела.
Така унiкальна експериментальна база сприяла вагомим науковим результатам i дозволила сформувати високоiнтелектуальнi колективи науковцiв та iнженерно-технiчних працiвникiв. Програма з ядерної фiзики та її прикладних аспектiв постiйно розширювалась, створювались новi вiддiли ядерного профiлю.
Основнi напрями та результати фундаментальних дослiджень
Сформувались основнi напрями фундаментальних i прикладних робiт iнституту, що охоплюють ядерну фiзику, атомну енергетику, фiзику твердого тiла та радiацiйну фiзику, фiзику плазми, радiоекологiю та радiобiологiю. Нинi програма дослiджень iнституту здiйснюється в 29 наукових та науково-технiчних вiддiлах, де працюють близько 800 спiвробiтникiв, в тому числi 197 науковцiв, серед яких один академiк НАН України, 41 доктор та 147 кандидатiв наук.
Значний внесок у науку зробили спiвробiтники iнституту: академiки НАНУ М. В. Пасiчник, О. Ф. Нiмець, I. М. Вишневський; члени-кореспонденти НАНУ Г. Д. Латишев, В. М. Струтинський, О. О. Ключников; професори та доктори наук О. Ф. Линьов, В. П. Вертебний, О. I. Феоктистов, М. I. Заїка, В. М. Коломiєць, Я. I. Колiсниченко, В. Й. Сугаков, П. Г. Литовченко, Е. У. Гринiк, Ю. Г. Здесенко та багато iнших.
Серед найбiльш вагомих результатiв iнституту слiд вiдзначити, перш за все, дослiдження з нейтронної фiзики, з яких i почалися першi ядернi роботи в IФ АН УРСР у 1944 роцi. В створенiй академiком НАНУ М. В. Пасiчником науковiй школi експериментально визначено перерiзи взаємодiї нейтронiв з великою кiлькiстю рiзних елементiв, що дало змогу створити банк даних нейтронних констант для конструкцiйних матерiалiв ядерних реакторiв. Було виявлено оболонковi ефекти при розсiяннi нейтронiв ядрами, встановлено iзотопну залежнiсть щiльностi рiвнiв складених ядер вiд атомної ваги, iзотоп-спiнову та енергетичну залежностi параметрiв оптичного потенцiалу ядра.
Пiд керiвництвом академiка НАНУ О. Ф. Нiмця створено науковi вiддiли, в яких розвиваються дослiдження механiзмiв ядерних реакцiй. Одним з яскравих досягнень цiєї школи є встановлення в кiнематично повних експериментах з розщеплення нейтрона немонотонної залежностi перерiзiв вiд маси ядер, що пов'язанi зi змiною дифузностi їх поверхнi. Цей результат одержав назву ефекта Нiмця. Принципово новим результатом є встановлення в багаточастинкових реакцiях впливу iншої ядерної частинки на параметри двочастинкових резонансiв, вимiрювання магнiтних моментiв ядер на пучках прискорювачiв, результати поляризацiйних експериментiв та дослiдження на пучках важких iонiв.
Свiтове визнання одержали теоретичнi роботи з фiзики атомного ядра члена-кореспондента НАНУ В. М. Струтинського та його школи. Його метод оболонкових поправок у розрахунках енергiї зв`язку та деформацiї в ядрах мав значний вплив на розвиток теорiї ядра, що привело до вiдкриття так званого двогорбого бар`єра подiлу важких ядер.
Значнi успiхи досягнуто в галузi ядерної спектроскопiї. Започаткував цей напрям член-кореспондент АН УРСР Г. Д. Латишев, збудувавши бета-спектрометр з параметрами, якi перевищували свiтовi. На ньому одержано великий масив прецезiйних даних з мультипольностей гамма-переходiв, виявлено рiзного роду аномалiї в ядерних процесах. Iнтенсивний розвиток гамма-спектроскопiї в дослiдженнях радiоактивного розпаду та на пучках заряджених частинок (академiк НАН України I. М. Вишневський) привiв до виявлення в структурi атомних ядер багатьох нових збуджених станiв, одержання нових даних про структуру ядер, вiдкриття нового явища -- збудження ядер при анiгiляцiї позитронiв з електронами атома.
Створено унiкальнi низькофоновi установки для вивчення рiдкiсного явища -- подвiйного бета-розпаду, -- а також пiдземну лабораторiю (доктор фiзико-математичних наук Ю. Г. Здесенко). Одержано прiоритетнi данi з перiоду цього виду розпаду ядер у вiтчизнянiй лабораторiї, а також у спiльних дослiдженнях у наукових центрах Францiї, Нiмеччини, Японiї.
Завдяки унiкальному зiбранню нейтронних фiльтрiв в iнститутi здiйснюється масштабна мiжнародна програма дослiдження взаємодiї нейтронiв фiксованої енергiї з атомними ядрами з можливостями змiни дiапазону енергiї. Отримано значення перерiзiв резонансiв, важливих для врахування в ядернiй енергетицi, особливо для радiоактивних елементiв.
Роботи iнституту в галузi атомної енергетики спрямовано на розробку науково-технiчних проблем безпечної експлуатацiї атомних електростанцiй. Вони включають дослiдження процесiв розподiлу та змiн теплових i нейтронних потокiв в активнiй зонi реактора, впливу радiацiйного навантаження на корпус реактора. Розроблену в iнститутi теорiю i програму розрахунку транспорту нейтронних потокiв на стiнку корпусу доповнено експериментальними методиками вимiрювання потокiв. Це дає змогу прогнозувати ресурс корпусу реактора i вживати запобiжних заходiв для збереження його цiльностi.
Проте пряму iнформацiю про стан металу корпусiв ядерних реакторiв можна одержати пiд час фiзико-механiчних дослiджень так званих зразкiв -- свiдкiв металу, що перiодично вивантажуються iз зони реактора. Такi дослiдження проводяться в «гарячих камерах» iнституту, де визначається ступiнь радiацiйних пошкоджень зразкiв, їх крихкiсть, а результати трансформуються на сам корпус реактора (професор Е. У. Гринiк). У цiй областi радiацiйної фiзики розвинуто теорiю впливу iонiзуючого випромiнювання на властивостi металiв, сплавiв, напiвпровiдникiв, рiдких кристалiв (професор В. Й. Сугаков). Важливе наукове i прикладне значення мають роботи з дослiдження легованого нейтронами кремнiю i виготовлення на його основi рiзного типу напiвпровiдникових детекторiв ядерного випромiнювання (професор П. Г. Литовченко), без яких не обходяться вимiрювання радiацiї та експерименти з ядерної фiзики.
Традицiйною програмою iнституту з фiзики плазми охоплено широкий пласт колективних процесiв взаємодiї електромагнiтних хвиль та потокiв заряджених частинок з плазмою (професори Т. О. Давидова i Г. С. Кириченко). Практичне використання знайшла розроблена в iнститутi вакуумно-плазмова технологiя обробки поверхнi твердих тiл та плазмовi розряди у рiдинах. Мiжнародне визнання мають теоретичнi роботи з термоядерного синтезу (професор Я. I. Колiсниченко), зокрема дослiдження з керованого термоядерного синтезу, який потенцiйно може стати джерелом енергiї, що забезпечить людство на практично необмежений термiн. Причому це джерело буде прийнятним з точок зору i економiки, i безпеки та збереження довкiлля.
Аварiя на ЧАЕС та її наслiдки гостро поставили проблему радiоекологiї. Це питання набуло першочергового значення у контекстi Сталого розвитку держави, яка використовує ядернi матерiали i технологiї i рiвноправним партнером намагається увiйти до свiтової спiльноти. Тiльки цiлковита безпека для людини та навколишнього середовища дає цим технологiям право на життя та перепустку у день завтрашнiй.
Основнi задачi Центру екологiчних проблем атомної енергетики (ЦЕПАЕ), що є в структурi IЯД, пов`язанi iз визначенням впливу радiоактивностi пiдприємств ядерного паливного циклу (зокрема АЕС України) на екологiчнi системи та людину. Для цього здiйснюється контроль активностi альфа-, бета-, i гамма-випромiнюючих радiонуклiдiв у компонентах навколишнього середовища, рослинностi та тваринного свiту, розраховуються дозовi навантаження на людину, що формуються за рахунок iнгаляцiйного та перорального надходження до органiзму, вивчається радiоекологiчний стан територiй, що зазнали забруднення внаслiдок аварiї на Чорнобильськiй атомнiй електростанцiї 26 квiтня 1986 року та навколо працюючих АЕС України.
Крiм радiоекологiчних дослiджень, в IЯД придiляється значна увага вивченню дiї iонiзуючого випромiнювання на органiзм тварин i людей. Так спiвробiтники лабораторiї радiобiологiї вивчають вплив довготривалого опромiнення в малих дозах на генетичний матерiал та структуру мембран клiтин кровi, як в модельних експериментах на лабораторних щурах, так i при обстеженнi контингентiв людей, що мають контакти з радiацiйними чинниками. У рамках грандiв Мiнiстерства надзвичайних ситуацiй України вони проводять перiодичний цитогенетичний монiторинг груп персоналу, який працює на об`єктi «Укриття», та людей, якi самочинно повернулися у Зону вiдчуження ЧАЕС пiсля евакуацiї в травнi 1986 року i проживають у найменш радiацiйно забруднених селах Зони.
Прикладнi розробки
Поряд з фундаментальними роботами в IЯД завжди велика увага придiляється впровадженню результатiв дослiджень у виробничу сферу. Розробленi i використовуються технологiї, методики та експериментальнi установки для робiт з радiацiйного матерiалознавства, радiоелементного аналiзу, ядерної медицини, плазмових технологiй, контролю навколишнього середовища з радiацiйних параметрiв та iншi.
В iнститутi виконуються поточнi регламентнi роботи по визначенню ресурсу конструкцiйних матерiалiв дiючих енергетичних реакторiв за замовленням АЕС України, проводяться дослiдження по визначенню впливу радiацiйних навантажень на фiзичнi властивостi конструкцiйних матерiалiв ядерних реакторiв, вiдбираються новi перспективнi конструкцiйнi матерiали для ядерного реакторобудування, розробляються та виготовляються унiкальнi за своїми характеристиками напiвпровiдниковi детектори, впроваджуються у виробництво методи пiдвищення радiацiйної стiйкостi матерiалiв та радiацiйнi технологiї для збiльшення строкiв зберiгання деяких видiв харчової, медичної та сiльськогосподарської продукцiї.
Використовуючи напрацювання з фiзики плазми, розроблено методику для деструкцiї без утворення пилу та знезараження матерiалiв i речовин, забруднених радiоактивними та бiологiчно активними домiшками, ряд плазмових технологiй осадження i травлення матерiалiв, створено унiверсальний iонiзатор парiв матерiалiв для нанесення плiвок та захисних покриттiв у мiкроелектронiцi.
Започаткованi в iнститутi медико-бiологiчнi дослiдження з терапiї онкозахворювань нейтронним опромiненням доведенi до практичного застосування при лiкуваннi хворих. Спiльно з медичними установами України проводиться робота по отриманню важливих радiофармпрепаратiв на ядерно-фiзичних установках IЯД.
Для пiдвищення безпеки ядерних установок спiвробiтники iнституту розробили автоматизовану систему контролю енерговидiлення атомних енергетичних та дослiдницьких реакторiв, яка дозволяє надiйно контролювати цi процеси.
В iнститутi також створено велику кiлькiсть засобiв iндивiдуального захисту, дозиметрiї та контролю стану природного середовища -- напiвпровiдниковий дозиметр «Допiнг», який може використовуватися як аварiйний дозиметр на ядерних установках; унiверсальний прилад для iндивiдуального та колективного користування дозиметр-радiометр «Либiдь»; радiометри «Бета», «Бета-М» -- для контролю радiацiйної чистоти води, харчових продуктiв та рiзних поверхонь; «Припять» -- для контролю радiацiйної чистоти житлових та виробничих примiщень, продуктiв харчування, предметiв побуту, поверхнi грунту, тощо.
Пiсля чорнобильскої аварiї спiвробiтники iнституту були в числi тих, хто першим взяв активну участь у боротьбi з лiквiдацiєю її наслiдкiв. Вони вимiряли радiактивнiсть великого обсягу проб (зразкiв грунту, води, рослинностi та iнших об'єктiв навколишнього середовища) з метою оцiнки рiвня радiоактивного довкiлля в рiзних регiонах України, розробили та виготовили численнi прилади для контролю за мiграцiєю радiонуклiдiв у навколишньому середовищi, за станом паливовмiщуючих мас об'єкту «Укриття» та iнше, що значною мiрою сприяло пом'якшенню наслiдкiв чорнобильської катастрофи. Слiд зазначити, що протягом перших рокiв пiсля аварiї IЯД був єдиною органiзацiєю в Українi, готовою до роботи в тих складних умовах i змогла забеспечити достовiрною та якiсною iнформацiєю уряд республiки та владу Києва. Великий досвiд роботи з реактором дозволив створити колективи висококвалiфiкованих спецiалiстiв з професiйним рiвнем пiдготовки з ядерної та технiчної безпеки експлуатацiї реактора.
Оперативно розробленнi та застосованi на практицi сучаснi методики визначення вмiсту трансуранових елементiв, стронцiю-90 та гамма-випромiнюючих радiонуклiдiв в одному зразку дали можливiсть рiзко зменшити об'єм вiдiбраних зразкiв, пiдвищити iнформативнiсть та достовiрнiсть результатiв. Ця титанiчна, копiтка (до того ж пов'язана з радiацiйною небезпекою) робота дозволила IЯД отримати величезний обсяг даних щодо забруднення територiї України в цiлому i Зони вiдчуження зокрема радiонуклiдами цезiю-137, стронцiю-90, плутонiю-238, плутонiю-239+240 та америцiю-241.
Верифiкацiя даних пробовiдбору з результатами аерогаммазйомки та застосування сучасних геоiнформацiйних технологiй дозволили побудувати достовiрнi карти забруднення радiонуклiдами територiї України внаслiдок аварiї на ЧАЕС. Атлас таких карт -- «Україна. Радiоактивне забруднення» -- вийшов з друку у видавництвi ПЦ ПII «Iнтертехнологiя» в 2002 роцi.
В результатi цiлеспрямованих багаторiчних дослiджень був накопичений значний фактичний матерiал по радiологiчнiй ситуацiї в районах дiючих АЕС України i сформовано базу даних параметрiв радiацiйного стану компонентiв наземних i водних екосистем в зонi впливу деяких iз них. Розроблено програмне забезпечення для проведення статистичного аналiзу даних та їх представлення у виглядi карт. Зроблено математичну модель iз вiдповiдним програмним забезпеченням для прогнозу величин параметрiв, якi характеризують радiацiйний стан системи «АЕС -- навколишнє середовище».
Визначний ядерний центр України
За перiод свого iснування IЯД став визначним ядерним центром, що здiйснює фундаментальнi роботи в галузi ядерної та радiацiйної фiзики. Iнститут розробляє новi напрями дослiджень та науковий супровiд робiт з атомної енергетики.
Вченi iнституту зробили вагомий внесок у свiтову скарбницю знань. Ряд наукових дослiджень IЯД вiдзначено державними премiями України та премiями Президiї НАН України iменi видатних вчених. В IЯД щорiчно проводяться загальноiнститутськi науковi конференцiї, органiзуються науковi школи з актуальних питань ядерної фiзики та фiзики плазми, видається «Збiрник наукових праць Iнституту ядерних дослiджень», виходять з друку понад 300 статей та кiлька монографiй науковцiв. На базi iнституту проводяться семiнари та школи для учасникiв мiжнародних проектiв, у яких IЯД бере участь (DESY-проект, Нiмеччина; NEMO-проект, Францiя та iншi).
Про високий авторитет iнституту свiдчить те, що його провiднi фахiвцi як мiжнароднi експерти впродовж багатьох рокiв достойно представляють Україну в Мiжнародному агентствi з атомної енергетики (МАГАТЕ).
Створенi на базi iнституту Укранський центр iнформацiї з ядерної науки i технiки (INIS) та Сектор ядерних даних включенi до спецiальної мережi МАГАТЕ.
Мiсiя МАГАТЕ регулярно вiдвiдує IЯД з метою проведення iнспекцiї дослiдницького реактора ВВР-М та надає iнформацiйну допомогу щодо безпечної його експлуатацiї.
В iнститутi працює Навчальний центр з фiзичного захисту, облiку та контролю ядерного матерiалу, де професiйну пiдготовку i перепiдготовку проходять спецiалiсти мiнiстерств та вiдомств, а також ядерних об'єктiв України.
Велика увага придiляється в iнститутi питанням пiдготовки наукових кадрiв. Щорiчно в IЯД навчається близько 25 аспiрантiв зi спецiальностей: фiзика ядра та елементарних частинок, фiзика твердого тiла, фiзика плазми, ядернi енергетичнi установки. Працює спецiалiзована рада захисту докторських та кандидатських дисертацiй iз спецiальностi «Фiзика ядра, елементарних частинок та високих енергiй». Багато квалiфiкованих науковцiв IЯД викладають у вищих навчальних закладах.
Iнститут ядерних дослiджень має широкi науковi зв'язки. Проводяться спiльнi дослiдження з науковцями Росiї, США, Францiї, Нiмеччини, Iталiї, Австрiї, Польщi, Швецiї, Нiдерландiв, Японiї та iнших країн. Пiдтримуються робочi зв'язки з МАГАТЕ. Iнститут координує участь українських фiзикiв-ядерникiв у роботi Об'єднаного iнституту ядерних дослiджень (Дубно).
Все це дозволяє iнституту зберiгати високий науковий рiвень провiдного ядерного центру держави.
353Читайте нас у Facebook
