Чудеса в кристаллической решетке

В наше время открытия в физике случаются нечасто. Сейчас - время медицины, биологии. Именно они дают основной массив открытий. Однако физики Томского политехнического университета (ТПУ) - Иван Чернов, Аркадий Мамонтов и ныне уже покойный Петр Черданцев - своим открытием "Явления упорядочения структуры кристаллов малыми дозами ионизирующего излучения" сумели поколебать общепринятые представления.

Согласно традиционным представлениям, при облучении твердого тела в нем происходит накопление дефектов, его структура нарушается и, соответственно, ухудшаются физические и механические свойства. Считалось также, что на перестройку дефектов в металлах ионизационные процессы не оказывают никакого влияния.

Однако, как показали исследования, взаимодействия излучения с монокристаллами, физические процессы, происходящие в них, коренным образом отличаются от представлений, господствовавших до сих пор. Оказывается, в области малых доз ионизирующего излучения (рентгеновских лучей, гамма-квантов, электронов) облучение полупроводниковых кристаллов приводит не к накоплению дефектов, а, наоборот, к их устранению.

Принципиально важным здесь является то, что слабое воздействие излучения вызывает коренную перестройку структуры кристаллов, возбуждение электронной подсистемы с высокой вероятностью трансформируется в возбуждение ядерной подсистемы.

По словам Чернова и Мамонтова, первое их сообщение о результатах исследований на представительном форуме по радиационной физике в новосибирском Академгородке вызвало просто шок. Раздавались возгласы в духе известного "этого не может быть, потому что не может быть никогда". Однако обнаруженные "странности" вскоре были экспериментально подтверждены учеными Института физики полупроводников СО РАН, Института полупроводников (г. Киев), РНЦ "Курчатовский институт", Института кристаллографии, Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.

Признание факта наличия эффекта малых доз ионизирующего излучения повлекло за собой более углубленное изучение его природы. Авторы обратили внимание на то, что наиболее интенсивно процесс упорядочения структуры происходит в кристаллах, имеющих в виде примеси водород.

Специальные исследования поведения водорода при облучении показали, что водород играет определяющую роль в упорядочении структуры кристаллов. Он формирует собственную подсистему в кристаллической решетке, которая возбуждается при подведении энергии излучения и экономно передает накопленную энергию на "залечивание" дефектов.

Обнаруженное явление имеет важное практическое значение. Оно с успехом может применяться как для прогнозирования и увеличения срока службы конструкционных материалов ядерных и будущих термоядерных реакторов, так и для разработки методов неразрушающего контроля за содержанием водорода нефтегазового оборудования и низкотемпературного удаления водорода.

Систематические исследования указанной проблемы авторы начали еще тридцать лет назад на ускорителях НИИ ядерной физики при Томском политехническом университете. Именно тогда ими были разработаны ядерно-физические методы исследования твердого тела, которые и позволили получить принципиально новую информацию о физических процессах. Итоги работы авторы Иван Чернов и Аркадий Мамонтов изложили в монографии "Эффект малых доз ионизирующего излечения", изданной "Энергоатомиздатом" в 2001 году.

Их исследования получили международное признание. За последние пять лет сделано пять заказанных докладов на международных конференциях в Швейцарии, Италии, Германии и других странах. Ими пять раз выигрывались гранты Фраунгоферовского общества (Германия). Международная ассоциация водородной энергетики (США) наградила авторов дипломом за большой вклад в развитие в этой области знания. А своим решением от 5 июня текущего года президиум Российской академии естественных наук наградил авторов за открытие памятной медалью академии "Автору научного открытия", посвященной лауреату Нобелевской премии Петру Леонидовичу Капице.

Томск