НИЦ «Радиационная физика материалов»
Научный центр по исследованию природы люминесценции и механизмов создания радиационных дефектов в щелочногалоидных кристаллах (ЩГК) при понижении симметрии решетки был организован по инициативе К.Ш. Шункеева в 1984 году. При непосредственной поддержке академика Лущика Чеслава Брониславовича лаборатория приобрела научное направление и была оснащена необходимыми приборами для создания экспериментальных установок по абсорбционной, люминесцентной и термоактивационной спектроскопии, а также регистрации ионной проводимости и токов термостимулированной деполяризации кристаллов при понижении симметрии решетки.
Универсальный криостат, разработанный нами, был изготовлен в конструкторском бюро института физики Тартуского университета Эстонии.
Направления научных исследований:
• Экспериментальные исследования методами абсорбционной, люминесцентной и термоактивационной спектроскопии, а также регистрации ионной проводимости и токов термостимулированной деполяризации кристаллов при понижении симметрии решетки.
• Теоретические исследования процессов автолокализации электронных возбуждений в щелочногалоидных кристаллах при понижении симметрии решетки.
• Компьютерное моделирование механизмов образования радиационных дефектов в щелочногалоидных кристаллах при понижении симметрии решетки.
• Теоретическое исследование и компьютерное моделирование флуктуационной сверхпроводимости и транспорта тока в слабосвязанных сверхпроводниках.
• Разработка технологии составления современной геологической карты по ресурсам диатомитов на территории Актюбинской области Мугалжарского района (Примугалжарье, площадь «Жалпак»).
Международное сотрудничество осуществляется со следующими организациями:
• Тартуский университет Эстонии (University of Tartu, Estonia),
• Гданьский университет Польши (University of Gdansk, Poland),
• Латвийский университет (University of Latvia, Riga),
• Московский государственный университет имени М. Ломоносова (Москва, Россия),
• Физико-технический институт имени А. Ф. Иоффе РАН (Санкт-Петербург, Россия),
• Национальный исследовательский Томский университет (Томск, Россия),
• Уральский федеральный университет имени Первого Президента России Б. Н. Ельцина (Екатеринбург, Россия),
• Кемеровский государственный университет (Кемерово, Россия),
• Гродненский государственный университет имени Янки Купалы (Гродно, Беларусь).
• National Laboratory Astana (Нур-Султан, Казахстан).
Осуществляется академическая мобильность студентов и профессорско-преподавательского состава университета с Гданьским (Польша) и Тартуским (Эстония) университетами.
Научные гранты:
2003-2005 гг. «Провести спектроскопические исследования механизмов образования точечных дефектов и их микроструктуры в ионно-диэлектрических системах при изменении симметрии решетки».
2006-2008 гг. «Управление люминесцентными свойствами широкозонных материалов с ограниченной размерностью при понижении симметрии решетки».
2009-2011 гг. «Исследование свойств наноструктурированных радиационных дефектов в ионно-диэлектрических материалах при понижении симметрии решетки в широком диапазоне температур».
2012-2014 гг. «Разработка технологии управления физическими свойствами щелочногалоидных и сверхпроводящих материалов при понижении симметрии решетки».
2013-2015 гг. «Технология аккумулирования электричества на основе щелочногалоидных кристаллов при понижении симметрии решетки».
2015-2017 гг. «Технология управления механизмом трансформации энергии ионизирующей радиации в щелочногалоидных кристаллах-сцинтилляторах».
2015-2017 гг. «Разработка технологии управления оптическими свойствами оксидов, фторидов и щелочногалоидных кристаллов при понижении симметрии решетки для получения материалов с заданными люминесцентными характеристиками».
2020-2021 гг. «Технология обогащения природного диатомитового сырья электрогидравлическим методом».
2020-2022 гг. «Направленное воздействие на излучательную релаксацию электронных возбуждений с целью улучшения люминесцентных характеристик функциональных материалов на базе щелочногалоидных кристаллов».
2020-2022 гг. «Исследование квантово-транспортных характеристик наносистем с уникальными эксплуатационными электрическими и магнитными свойствами».
2020-2023 гг. «Экспериментальные исследования механизмов люминесценции кристаллов KI, RbI и CsI при активации катионами-гомологами и низкотемпературной деформацией».
2020-2023 гг. «Спектроскопические исследования функциональных материалов на основе перовскитов и гранатов, легированных Ln2+, Ln3+, Ln4+».
Договорная работа:
В 2015 году осуществлялась договорная работа с «National Laboratory Astana» по теме «Разработка технологии составления современной геологической карты по ресурсам диатомитов на территории Актюбинской области Мугалжарского района (Примугалжарье, площадь «Жалпак»)».
В 2019 году осуществлялась договорная работа с Гродненским государственным университетом имени Янки Купалы по измерению зависимости спектров люминесценции тиофлавина Т и его производных в полимерных пленках от температуры.
Диссертации:
На базе научного центра были защищены одна докторская (Шункеев К.Ш.), восемь кандидатских диссертаций (Сармуханов Е.Т., Бекешев А.З., Тулепбергенов С.К., Сагимбаева Ш.Ж., Мясникова Л.Н., Бармина А.А., Сергеев Д.М., Бижанова К.Б.), три диссертации доктора PhD (Жантурина Н.Н., Аймаганбетова З.К., Убаев Ж.К.).
ПОДГОТОВКА КАДРОВ
Магистратура
Ведется научное руководство диссертаций магистрантов специальности 7М01502 – Физика и 7М05301 – Физика.
Докторантура
Ведется научное руководство диссертаций докторантов специальности 8D05301 – Физика.
Диссертационный совет
1. Шункеев Куанышбек Шункеевич – д.ф.-м.н., профессор, (председатель диссертационного совета);
2. Сергеев Даулет Максатович – к.ф.-м.н., профессор Военного института Сил Воздушной обороны им. Т. Бигельдинова (заместитель председателя);
3. Сагимбаева Шынар Жанузаковна – к.ф.-м.н., асс. профессор (ученый секретарь);
4. Лисицын Виктор Михайлович – д.ф.-м.н., профессор Национального исследовательского Томского политехнического университета (Россия);
Индексы Хирша:
• К.Ш. Шункеев – профессор - 10
• Д.М. Сергеев – профессор - 10
• Н.Н. Жантурина – ассоциированный профессор - 6
• Ш.Ж. Сагимбаева – ассоциированный профессор - 6
• Л.Н. Мясникова – ассоциированный профессор - 5
• З.К. Аймаганбетова – PhD, завкафедрой - 5
• Ж.К. Убаев – PhD, ст. преподаватель кафедры - 2
• А. Истляуп - докторант – 1
Публикации:
Результаты исследований опубликованы в следующих зарубежных журналах:
• «Physics State Solid»
• «Journal of Luminescence»
• «Journal of Physics: Condensed Matter»
• «Radiation Measurements»
• «Физика твердого тела»
• «Journal of Applied Spectroscopy»
• «Russian Physics Journal»
• «Low Temperature Physics»
• «Journal of Physics: Conference Series»
• «Eurasian Journal of Physical and Functional Materials»
• «Latvian Journal of Physics and Technical Sciences»
• «Nuclear Instruments and Methods in Physics Research»
• «Journal of Nano- and Electronic Physics»
• «International Journal of Nanoscience»
Патенты РК:
2003
1. Шункеев К.Ш., Сармуханов Е.Т., Бекешев А.З., Сагимбаева Ш.Ж. Криостат для деформации кристаллов в широком интервале температур (80-500 К) / Предпатент РК № 14831. опубл. 25.03.03. № 2003/0399.1.
2. Шункеев К.Ш., Сармуханов Е.Т., Бекешев А.З., Сагимбаева Ш.Ж. Способ усиления собственной люминесценции щелочногалоидных кристаллов / Предпатент РК № 14383. опубл. 08.07.03. № 2003/0937.1.
2012
3. Шункеев К., Бармина А., Сармуханов Е., Бижанова К. Универсальный криостат для регистрации спектров поглощения кристаллов при низкой температуре под воздействием деформации и радиации // Патент РК № 26141. Заявка №2010/0304.1 Бюл. № 9 от 14.09.2012.
2014
4. Шункеев К., Нурмагамбетов А., Бармина А., Мясникова Л.Н., Сергеев Д., Жантурина Н. Универсальный криостат для регистрации низкотемпературной ионной проводимости и токов термостимулированной деполяризации деформированных и облученных кристаллов // Инновационный патент на изобретение РК. заявитель Актюб. гос. ун-т им. К. Жубанова. – № 28731; бюл. №7 15.07.2014.
2016
5. Шункеев К., Сергеев Д., Мясникова Л.Н., Бармина А., Аймаганбетова З.К. Способ определения низкотемпературных вакансионных дипольных дефектов в щелочногалоидных кристаллах методом термостимулированной деполяризации // Патент на изобретение РК. заявитель Актюб. гос. ун-т им. К. Жубанова. Опублик. 30.12. 2016. B(11) 31799; G01N 27/00 (2006/01)
2018
6. Патент на изобретение 33327 РК. Способ усиления люминесценции кристалла KCl путем активирования легкими катионами Na / Шункеев К., Мясникова Л., Бармина А., Сергеев Д., Жантурина Н., Сагимбаева Ш.; опубл. 30.11.2018
2019
7. Патент на изобретение 33557 РК. Способ усиления люминесценции кристалла La2O2S путем активирования редкоземельными ионами и воздействия высокого гидростатического сжатия / Шункеев К.Ш., Grinberg M., Жантурина Н.Н., Бармина А.А., Мясникова Л.Н.; опубл. 29.03.2019
8. Патент на полезную модель 4336 РК. Мыло кусковое с диатомитом / Шункеев К.Ш., Бекешев А.З., Курманбаев А.Ш., Мясникова Л.Н., Жубанышова М.; опубл. 01.10.2019.
2021
9. К.Ш. Шункеев, Л.Н. Мясникова, Ш.Ж. Сагимбаева, Ж.К. Убаев, А.Ю. Лицкевич, А.Е. Герман. Cпособ регистрации спектров термостимулированной люминесценции щелочногалоидных кристаллов // Патент на изобретение РК: заявитель Актюб. гос. ун-т им. К. Жубанова. Опублик. №34978 РК от 02.04.2021
10. К.Ш. Шункеев , Л.Н. Мясникова, Ш.Ж. Сагимбаева, Н.Н. Жантурина, З.К. Аймаганбетова, Ж.К. Убаев, А.Г. Маратова. Cпособ воздействия на длину свободного пробега экситонов в щелочногалоидных кристаллах // Патент на полезную модель РК: заявитель Актюб. гос. ун-т им. К. Жубанова. №5978 РК от 09.04.2021
11. Патент на полезную модель 6137 РК. Маска-скраб с диатомитом и алоэ / Сагимбаева Ш.Ж., Шункеев К.Ш., Жантурина Н.Н., Мясникова Л.Н., Аймаганбетова З.К., Истляуп А.С.; опубл. 11.06.2021.
12. Патент на полезную модель 6260 РК. Электрогидравлический способ обогащения диатомита / Тарковский В., Шункеев К.Ш., Сагимбаева Ш.Ж., Мясникова Л.Н.; Тастанова Л.К.
Авторские свидетельства:
2021
1. А.Г. Маратова, К.Ш. Шункеев, Л.Н. Мясникова, Ж.К. Убаев. Ав. свидетельство: «Цифровая технология регистрации спектров фотолюминесценции, рентгенолюминесценции, туннельной люминесценции и термостимулированной люминесценции щелочногалоидных кристаллов», №12826. от 26. 10. 2020.
2. А.Г. Маратова, К.Ш. Шункеев, Л.Н. Мясникова, Ж.К. Убаев. Ав. свидетельство: Цифровая технология сканирования интегральной туннельной люминесценции и термостимулированной люминесценции щелочногалоидных кристаллов. №12980. от 03. 11. 2020.
Премии и стипендии:
• Премия имени К. Сатпаева МОН РК (Шункеев К.Ш., Сагимбаева Ш.Ж., Тулепбергенов С. К. Бекешев А.З.)
• Государственная научная стипендия МОН РК (Шункеев К.Ш.)
• Государственная научная стипендия МОН РК для молодых ученых (Сергеев Д.М., Бармина А.А.)
• Премия Акима Актюбинской области (Бармина А.А., Мясникова Л.Н.)
• «Лучший молодой ученый Актюбинской области – 2016, 2017» (2 место) (Мясникова Л.Н., Жантурина Н.Н., Сергеев Д.М., Бармина А.А.)
• «Лучший преподаватель ВУЗа» (Шункеев К.Ш. – 2011, Жантурина Н.Н. – 2017, Мясникова Л.Н. – 2018)
Монографии, сборники трудов и учебники:
Шункеев К.Ш. Релаксация электронных возбуждений в щелочногалоидных кристаллах при понижении симметрии решетки. – Актобе, 2008. – 436 с.
Шункеев К.Ш. Люминесценция и радиационные дефекты в щелочногалоидных кристаллах при понижении симметрии решетки. – Актобе, 2012. – 516 с.
Сергеев Д.М. Ангармонизм сверхпроводящего тока в джозефсоновских структурах. – Актобе, 2012.
Мясникова Л.Н. Люминесценция и экситон-фононное взаимодействие в щелочногалоидных кристаллах при низкотемпературной деформации». – Актобе, 2016. – 140 с.
Сагимбаева Ш.Ж. Технология управления механизмом трансформации энергии ионизирующей радиации в щелочногалоидных кристаллах-сцинтилляторах. – Актобе, 2017. – 120 с.
Бармина А.А. Люминесценция и радиационное дефектообразование в щелочногалоидных кристаллах-сцинтилляторах при понижении симметрии решетки. – Актобе, 2017. – 136 с.
Zhanturina N.N. The influence of temperature, deformation and cationic impurities on luminescent properties of alkali halide materials. – Aktobe, 2018.
Шункеев К.Ш., Grinberg M., Szczodrowski K., Mahlik S., Жантурина Н.Н., Мясникова Л.Н., Бармина А.А., Сагимбаева Ш.Ж. Сборник материалов по разработке технологии управления оптическими свойствами оксидов, фторидов и щелочногалоидных кристаллов при понижении симметрии решетки. – Актобе, 2017. – 112 с.
Жантурина Н.Н. Конденсиаланған күй физикасы: Оқу құралы. Ақтөбе: Қ.Жұбанов атындағы Ақтөбе өңірлік мемлекеттік университеті, 2017. – 140 б.
Zhanturina N., Myasnikova L. Fundamentals of mechanics: educational-methodical workbook. – Aktobe, 2018. – 105 p.
Shunkeyev K., Myasnikova L., Zhanturina N., Tilep A., Zinollin Zh. English-Kazakh-Russian dictionary of physical terms. – Aktobe, 2018. – 171 p.
Myasnikova L.N. Electricity and magnetism: educational-methodical workbook. – Aktobe, 2019. – 112 p.
Zhanturina N. Molecular physics. – Aktobe: Zhubanov Aktobe Regional State University, 2020. – 100 p.
Аймаганбетова З.К. Сілтілігалоидты материалдардағы деформациялық люминесценция және радиациялық ақаулар, Ақтөбе. – 2021.
Подготовлены учебники «Физика» для 10-11 классов по обновленному содержанию, естественно-математического и общественно-гуманитарного направлении.
Р. Башарулы, Шункеев К. Ш., Л.Н.Аубакиров, Н.Н.Жантурина, Бармина А. А., З. Аймаганбетова. – Алматы: Атамұра, 2020.
Основные результаты:
1. Разработаны экспериментальные установки на основе методов абсорбционной, люминесцентной и термоактивационной спектроскопии, а также ионной проводимости и токов термостимулированной деполяризации для исследования природы люминесценции и механизмов образования радиационных дефектов в щелочногалоидных кристаллах при понижении решетки точечными дефектами, пластической и упругой одноосной деформацией.
2. Изготовлен и запатентован уникальный криостат, позволяющий деформировать кристалл при низких температурах в режиме высокого технического вакуума и регистрировать их люминесцентные, абсорбционные и термоактивационные характеристики, а также ионной проводимости и токов термостимулированной деполяризации.
3. Впервые обнаружен и интерпретирован эффект усиления интенсивности автолокализованных экситонов в ЩГК при низкотемпературной упругой деформации, на основе которой предложен новый способ усиления собственной люминесценции щелочногалоидных кристаллов без трансформации энергии возбуждения на примеси для поиска современных сцинтилляционных счетчиков.
4. Обнаруженный эффект усиления интенсивности собственной люминесценции щелочногалоидных кристаллов запатентован в Республике Казахстан. Патент РК №14383 от 2003г.
5. На основе регистрации токов термостимулированной деполяризации кристаллов, активированные легкими катионами-гомологами обнаружены поляризационные токи, которые интерпретированы переориентацией дипольных дефектов широко применимые для аккумулирования электричества постоянного тока.
6. Установлен механизм эффективного создания Х_3^-- центров в результате ассоциации междоузельных атомов галогена путем понижения локальной симметрии решетки ЩГК полем легких катионов-гомологов, вакансионных дефектов пластической деформации и напряжением низкотемпературной упругой деформации.
7. Разрабатывается новый физический принцип сборки электронно-дырочных пар на основе кристаллов, активированных легкими примесями натрия существенно улучающие сцинтилляционные характеристики щелочногалоидных кристаллов, применимые в промышленности.
8. Методами силикатного, спектрофотометрического, рентгено-дифракционного, рентгено-спектрального, химического, электронно-микроскопического анализов исследован состав диатомовых пород по площади «Жалпак». По результатам исследований определено значение концентрации двуокиси кремния в природном диатомите, которое варьируется от 72,69% до 78,14%, что свидетельствует об однородности диатомовых пород.
9. На базе научного центра «Радиационная физика материалов» разработана методика по регистрации спектров поглощения (максимум при 305÷335 нм) аморфного кремния (диатомита) и трех оксидных компонентов SiO2, Al2O3 и Fe2O3 с помощью современного спектрофотометра «Evolution 300».
Экспериментальная установка по люминесцентной спектроскопии
Многофункциональный спектральный комплекс осуществляет сканирования спектров с помощью светосильного монохроматора МСД-2 и фотоэлектронного умножителя типа Н 8259 фирмы «Нamamatsu», работающие в режиме счета фотонов, управляемые специальными программами SpectraScan и ThermoScan в широком интервале спектра 200÷850 нм и температур 85÷400 К под воздействием одноосной деформации (ε=0,1÷1,2%) в условиях высокого технического вакуума.
На основе цифровой технологии в условиях низкотемпературной деформации регистрируются следующие спектральные характеристики ЩГК:
• рентгенолюминесценция (РЛ),
• туннельная люминесценция (ТЛ),
• термостимулированная люминесценция (ТСЛ),
• временная развертка туннельной люминесценции,
• спектры ТСЛ.
Скорость сканирования спектров: 50, 25, 10, 5, 1 нм/с.
Облучение кристаллов осуществляется от рентгеновской установки РУП-120 в режиме 3 мА, 120 кВт.
Криостат для деформации кристаллов при 80÷500 К. Запатентован в РК
Криостат позволяет измерять люминесцентно-абсорбционные характеристики кристаллов (спектры поглощения, возбуждения, излучения, рентгенолюминесценции, термостимулированной люминесценции, туннельной люминесценции, токов термостимулированной деполяризации и ионной проводимости) как до деформации, так и при воздействии упругой и пластической деформации различных степеней (0 ≤ ε ≤ 10%) в широком интервале температур (80÷500 К).
Степень деформации кристалла (6) в криостате задается шагом сжимающего винта (7) и определяется по следующей формуле:
где l0 – начальная длина кристалла до деформации, которая измеряется микрометром или микроскопом, l – длина кристалла после деформации.
Шаг сжимающего винта (7) составляет 1 мм. Это означает, что при полном обороте сжимающего винта кристалл деформируется на 1 мм (Δl =1 мм).
Конструкция криостата позволяет экспериментально определить по заданной степени относительной деформации кристалла (например, ε=0,5%, 1,0 %, 1,5 % и т.д.)
Например, для деформации до = 1,0 % кристалла NaCl длиной – =8 мм необходимо значение – =0,08, которое задается по градуировочной кривой, поворотом кристаллодержателя от точки (места) контактной фиксации на 2 см (L=2 см).
Рисунок 2.10 – Градуировочная кривая для экспериментального определения степени относительной деформации кристаллов
Экспериментальная установка по термоактивационной спектроскопии
Установка позволяет регистрировать ионную проводимость и токи термостимулированной деполяризации кристаллов в широком интервале температур от - 196°С до 350°С в сочетании специализированного криостата, который осуществляет режим температуры и низкотемпературной деформации. Установка собрана на базе стандартного вакуумного поста ВУП-4. Уровень технического вакуума достигается двумя ступенями: форвакуумная откачка до 10⁻² Торр, а затем – диффузионным насосом до 10⁻⁵ Торр.
В спектрах токов термостимулированной деполяризации ЩГК обнаружены поляризационные токи дипольных дефектов. Такой способ регистрации поляризационных дипольных токов ЩГК в широком диапазоне температур (80 – 500 К) после воздействия пластической деформации, создающей дивакансии (Ua+Uc), оформлен в виде заявки на изобретение.
Техническим результатом, достигаемым в данном изобретении, является способ регистрации поляризационных дипольных дефектов в ЩГК и определение их температуры максимальной дезориентации по пикам спектра токов термостимулированной деполяризации, осуществляемой линейным нагревом кристалла в диапазоне температур от 80К до 500 К.
Таким образом, экспериментальная установка позволяет регистрировать ионную проводимость и токи термостимулированной деполяризации в широком интервале температур (80 – 500 К) диэлектрических материалов, которыми являются щелочногалоидные кристаллы.
Экспериментальная установка люминесцентной спектроскопии на базе спектрального комплекса СДЛ-2
Спектральный комплекс по люминесцентной спектроскопии на базе СДЛ-2 с двумя источниками возбуждения (фото- и рентгеновское) с помощью возбуждающего монохроматора МДР-12 и регистрирующих монохроматоров МДР-23 (МСД-2) позволяет осуществлять автоматическую регистрацию спектров всех видов люминесценции ЩГК в режиме счета фотонов с помощью ФЭУ фирмы «Hamamatsu» в широком интервале спектра.
Для решения этих задач используется источник сплошного света – ксеноновая лампа ДКсШ-150, излучающий сплошной спектр от 200 нм до 850 нм. Достоверность сканирования спектров люминесценции ЩГК напрямую зависит от источника света, который обеспечивает интенсивный и стабильный световой поток.
С этой целью ксеноновую лампу, которая входит в состав стандартного спектрального комплекса заменили лазерным источником Hamamatsu EQ-99X LDLS, излучающим высокостабилизированный и интенсивный световой поток в спектральном диапазоне 170-2100 нм, для обеспечения высокоточной регистрации люминесцентных характеристик ЩГК.
В спектральном комплексе предусмотрено два вида источника ионизирующего излучения – ультрафиолетовым светом (S) с энергией фотонов, соответствующим возбуждению анионных экситонов в ЩГК и рентгеновской радиации.
Спектральный комплекс в диапазоне спектра от 180 нм до 1200 нм со сменной дифракционной решеткой позволяет регистрировать спектры оптического поглощения, возбуждения и излучения веществ (кристаллов, жидкости и газов) и прозвести кинетику этих спектров по времени.
Экспериментальная установка по абсорбционной спектроскопии
Автоматический регистрирующий спектрофотометр «Evolution-300» Американской фирмы «Thermo Scientific» позволяет провести анализ спектров пропускания и оптического поглощения веществ (кристаллов и жидкости и газов) в широком спектральном диапазоне – 190-900 нм (6,5-1,4 эВ). Прибор снабжен двухлучевой оптической схемой в отличие от стандартных спектрофотометров. Встроенная компьютерная программа обеспечивает сканирование спектров в задаваемом спектральном интервале с различной скоростью и позволяет развертку кинетики по времени. Следует отметить особенность прибора, что оптическая плотность веществ регистрируется до 4 единиц, когда у существующих аналогичного назначения приборов всего лишь до 1,4.
Установка KID 21 Innovative Electrohydraulic systems
Установка представляет собой управляемый источник высокого напряжения с накопительным конденсатором, циклически разряжающимся через специальные электроды, помещаемые в жидкую среду. Для создания прибора ученые физико-технического факультета решили ряд задач по проектированию и изготовлению на современной элементной базе электрической схемы устройства, способного на протяжении длительного времени выдерживать импульсные токи в сотни килоампер, возникающие при разрядке накопительного конденсатора.
Одно из основных направлений использования установки заказчиком – разработка электрогидравлического метода обогащения диатомитового сырья, суть которого заключается в разделении фракций руды с использованием энергии плазмы, возникающей при коротком и очень мощном электрическом разряде в жидкой среде.
