Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінде философия докторы (PhD) дәрежесін алу үшін Маматова Меруерт Бахыткызы «8D05305 – Ядролық физика» білім беру бағдарламасы бойынша «Магний-алюминий шпинеліндегі жоғары энергиялы сәулеленудің оптикалық әсерлері» тақырыбында диссертациясы қорғалады.
Диссертация Л.Н.Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің «Ядролық физика, жаңа материалдар мен технологиялар» кафедрасында орындалды.
Қорғау тілі - орыс тілінде
Ресми рецензенттер:
Шункеев Куанышбек Шункеевич – физика-математика ғылымдарының докторы, профессор, Қ. Жұбанов атындағы Ақтөбе өңірлік университеті, «Материалдардың радиациалық физикасы» ҒЗО директоры, (Ақтөбе қ., Қазақстан Республикасы).
Ерланұлы Ерасыл – философия докторы (PhD), Сentre Environmental Engineering орталығының басшысы, Қазақ-Британ техникалық университеті (Алматы қ., Қазақстан Республикасы).
Диссертациялық кеңестің уақытша мүшелері:
Назаров Қуаныш Мейірғазыұлы – философия докторы (PhD), Біріккен Ядролық Зерттеулер Институтының И.М. Франк атындағы Нейтрондық физика зертханасының ғылыми қызметкері (Дубна қ., Ресей Федерациясы).
Ногай Артур Адольфович – философия докторы (PhD), С. Сейфуллин атындағы Қазақ агротехникалық зерттеу университетінің «Электрмен жабдықтау» кафедрасының аға оқытушысы (Астана қ., Қазақстан Республикасы).
Жумадилов Рахымжан Ерболсынұлы – философия докторы (PhD), әл-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық университетінің Ұлттық ашық типтегі нанотехнологиялық зертханасының бас маманы (Алматы қ., Қазақстан Республикасы)
Ғылыми кеңесшілері:
Акилбеков Абдираш Тасанович – физика-математика ғылымдарының докторы, профессор, Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің «Техникалық физика» кафедрасы (Астана қ., Қазақстан Республикасы).
Скуратов Владимир Алексеевич – физика-математика ғылымдарының докторы, Г.Н. Флеров атындағы Ядролық реакциялар зертханасының №8 cекторының меңгерушісі (Дубна қ., Ресей Федерациясы).
Қорғау 2026 жылғы 10 қыркүйек, сағат 10:00 Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің «8D05305 – Ядролық физика» мамандығы бойынша «8D053 – Физикалық және химиялық ғылымдар» кадрларды даярлау бағыты бойынша диссертациялық кеңесте өтеді. Диссертациялық кеңес мәжілісі аралас форматта (офлайн және онлайн) өтеді.
Сілтемесі: https://clck.ru/3UrHhz
Мекен-жайы: Астана қаласы, Қажымұқан көшесі, 13, 310 аудитория
Аңдатпа (қаз.): Диссертациялық жұмыс түрлі флюенс деңгейіндегі жылдам ауыр иондармен сәулелендіру кезіндегі магний-алюминий шпинелі монокристалдарындағы радиациялық әсерден туындайтын ақау түзілу процестерін зерттеуге арналған. MgAl₂O₄ - термоядролық технологияларда қолдануға перспективті материал: ол ұзақ өмір сүретін актинидтерді трансмутациялауға арналған ядролық отынның инертті матрицасы ретінде, иондаушы сәулеленудің жоғары дозалы дозиметриясында, сондай-ақ бөліну реакторлары мен термоядролық синтез қондырғыларында радиожиіліктік және диагностикалық терезелер ретінде пайдаланылуы мүмкін. Сәулелендірілген материалдарда радиациялық ақаулардың түзілуі мен эволюциясын зерттеу үшін жұтылу және люминесценция спектрлерін өлшеу сияқты оптикалық спектроскопия әдістері қолданылады. Алынған спектрлік деректер негізінде радиациялық ақаулардың түзілу механизмдері туралы болжамдар ұсынылды, қозған орталықтардың релаксация сызбалары келтірілді, фотолюминесценцияның өшу қисықтарының компоненттері және олардың толқын ұзындығы мен MgAl₂O₄ кристалдарының сәулелену флюенсіне тәуелділігі анықталды. Трансмиссиялық электрондық микроскопия әдісімен висмут және неон иондарымен сәулелендірілген үлгілерде кристалдық құрылымы бар латентті тректердің кескіндері алынып, талданды. Зерттеу тақырыбының өзектілігі. Ядролық энергетиканың болашақтағы дамуы белсенді аймақтың ұзақ мерзімді ресурсына және оның радиоуыттылығының төмендеуіне негізделген ядролық реакторларды неғұрлым тиімді әрі қауіпсіз пайдалануды көздейді. Бұл ретте ұзақ өмір сүретін минорлы актинидтерді (Np, Am, Cm) трансмутациялауға арналған инертті матрицалары бар ядролық отынды (IMF - Inert Matrix Fuel) әзірлеуге ерекше назар аударылады. Өз кезегінде бұл ұзақ мерзімді көмуге жататын радиоактивті ядролық қалдықтардың көлемін азайтуға мүмкіндік береді. Осыған байланысты агрессивті ортада жұмыс істейтін инертті матрица материалдары бірқатар бірегей қасиеттерге ие болуы тиіс: жоғары балқу температурасы, жоғары жылуөткізгіштік, химиялық инерттілік және ұзақ мерзімді сәулелену жағдайында радиациялық тұрақтылық. Көрсетілген талаптарды ескере отырып, перспективалы кандидат материалдар ретінде бинарлы керамика негізіндегі материалдар (ZrO₂, Al₂O₃, CeO₂, Y₂O₃, ThO₂, ZrN, TiN, Si₃N₄), үшкомпонентті шпинель керамикасы (MgAl₂O₄), монацит (CePO₄), циркон (ZrSiO₄), гранат (Y₃Al₅O₁₂), сондай-ақ әртүрлі ыстыққа төзімді металдар мен қорытпалар белсенді зерттелуде. Аталған материалдардың ішінде магний-алюминий шпинелі MgAl₂O₄ кристалдарына ғылыми қызығушылық ерекше артып келеді. Олар ядролық технологияларда қолдануға перспективалы материал: минорлы ұзақ өмір сүретін актинидтерді трансмутациялауға арналған дисперсті ядролық отынның инертті матрицасы ретінде, иондаушы сәулеленудің жоғары дозалы дозиметриясында, сондай-ақ бөліну реакторлары мен басқарылатын термоядролық синтез қондырғыларында радиожиіліктік және диагностикалық терезелер ретінде қарастырылады. Кең спектрлік диапазонда жоғары мөлдірлігі, механикалық беріктігі және радиациялық зақымдануға төзімділігі MgAl₂O₄ материалын экстремалды пайдалану жағдайларындағы ең перспективалы оптикалық материалдардың біріне айналдырады. Диссертациялық жұмыста бөліну сынықтарының әсерін модельдейтін жоғары энергиялы жылдам ауыр иондармен сәулелендірілген мөлдір MgAl₂O₄ монокристалдары зерттеуге ұсынылған. Мөлдір қатты денелердегі радиациялық ақауларды зерттеудің эксперименттік әдістері ішінде жұтылу және люминесценция спектрлерін өлшеуді қамтитын оптикалық спектроскопия ерекше орын алады. Бұл әдіс ақаулық орталықтардың табиғаты, олардың түзілу механизмдері және радиациялық әсер кезіндегі эволюциясы туралы ақпарат алуға мүмкіндік береді. Материалдың ішкі құрылымын зерттеу үшін жоғары айқынды кескіндер алынған латентті тректерді бақылауға мүмкіндік берген трансмиссиялық электрондық микроскоп (ТЭМ) қолданылды. Материалдың радиациялық төзімділігін бағалаудағы маңызды қасиеттердің бірі - жоғары тығыздықтағы иондану жағдайында кристалдық құрылымды сақтау қабілеті және аморфты күйдің түзілуіне төзімділігі. Радиация әсерінен туындаған аморфизация материалдардың көлемдік ісінуіне және механикалық қасиеттерінің нашарлауына алып келеді. Эксперименттік зерттеулер магний-алюминий шпинелінің аморфизацияға жоғары төзімділік көрсететінін дәлелдеді. Жеңіл және ауыр иондармен сәулелендіру кезінде шпинель құрылымында аморфты фазаның түзілуі шамамен ~100 атомға ығысу деңгейіне дейін байқалмайды. Сонымен қатар, бұл материал 658–1100 К температура аралығында жылдам нейтрондармен сәулелендіру кезінде және зақымданудың өте жоғары ~230 атомға ығысу деңгейіне дейін радиациялық ісінуге жоғары төзімділікпен сипатталады. MgAl₂O₄-тың жоғары радиациялық төзімділігін түсіндіру үшін кристалдың құрылымдық және иондық сипаттамаларымен байланысты механизмдер ұсынылған. Алайда, MgAl₂O₄-тағы радиация әсерінен туындайтын микроструктуралық өзгерістер туралы, негізінен, трансмиссиялық электрондық микроскопия көмегімен алынған әдеби деректерге қарамастан, шпинельдегі ақау түзілуінің элементарлық процестері әлі де толық зерттелмеген. Атап айтқанда, жылдам ауыр иондармен әртүрлі дозаларда сәулелендіру нәтижесінде MgAl₂O₄ ақаулық құрылымында нүктелік ақаулар мен олардың кешендерінің түзілу және жинақталу табиғатын, қозған күйлердің ауысуларын және релаксациялық процестерді сипаттайтын жарияланымдар саны шектеулі. Аталған механизмдердің егжей-тегжейлі талдауы осы диссертациялық жұмыста ұсынылған. Сондай-ақ, бұл материал инертті матрица ретінде қолданылуымен қатар, Еуропалық консорциумның халықаралық зерттеу бағдарламалары аясында әзірленіп жатқан дейтерий-тритий синтезіне негізделген термоядролық қондырғыларда диагностикалық терезе ретінде пайдалануға басым кандидаттардың бірі болып қарастырылатынын атап өткен жөн. Осыған байланысты жоғары энергиялы ауыр иондардың (бөліну сынықтарының әсерін модельдейтін) туындататын радиациялық зақымданулардың түзілу заңдылықтарын оптикалық спектроскопия және жоғары айқынды трансмиссиялық электрондық микроскопия әдістерімен анықтау орынды болып табылады және аталған диссертациялық жұмыстың өзектілігін айқындайды. Бұл диссертацияның мақсаты - магний-алюминий шпинелінің монокристалдарында бөліну сынықтарының энергияларына сәйкес келетін жылдам ауыр иондармен кең флюенс пен энергия аралығында сәулелендіру нәтижесінде туындайтын радиациялық ақаулардың генерация механизмдері мен радиациямен ынталандырылған процестерді кешенді зерттеу. Зерттеу мақсаттары: Диссертациялық жұмысты орындау барысында келесі міндеттер қойылып, шешілді: 1. MgAl₂O₄ үлгілерінің бетінен алынатын фотолюминесценцияның спектрлік құрамын 445, 355, 473 және 532 нм толқын ұзындықтарындағы лазерлік қоздыру кезінде, жылдам ауыр иондармен сәулелендірілген жағдайда зерттеу. 2. Висмут иондарымен сәулелендірілген (710 МэВ) MgAl₂O₄ үлгілерінде иондардың ену тереңдігіне тәуелді фотолюминесценция профильдерін 355, 473, 532 және 785 нм толқын ұзындықтарындағы лазерлік қоздыру кезінде зерттеу. 3. Ксенон иондарымен сәулелендірілген (150 МэВ) MgAl₂O₄ кристалдарындағы фотолюминесценцияның өшу қисықтарын уақыт бойынша корреляцияланған жеке фотондарды санау әдісімен зерттеу, сондай-ақ бұл өшу қисықтарының флюенске және толқын ұзындығына тәуелділігін анықтау. Алынған нәтижелерді Al₂O₃ кристалдары үшін белгілі өлшеу нәтижелерімен салыстыру. 4. Радиациялық ақаулардың түзілу механизмдерін және электрондық қозулардың релаксация процестерін анықтау. 5. Жоғары ажырату мүмкіндігі бар трансмиссиялық электрондық микроскоп көмегімен MgAl₂O₄-тің ауыр иондармен сәулеленгеннен кейінгі микрокұрылымын зерттеу. Зерттеу объектісі. Диссертациялық жұмыста стехиометриялық құрамы 1:1 және [110], [100], [111] бағытталған Чохральский әдісімен өсірілген «CRYSTAL GmbH» компаниясының мөлдір магний-алюминий шпинелі MgAl₂O₄ монокристалдары пайдаланылды. Бұл кристалдар ауыр иондардың жоғары энергиялары арқылы ИЦ-100 және У-400 үдеткіштерінде (ЯРЗ, БЯЗИ) сәулелендірілді. Зерттеу пәні - жоғары энергиялы ауыр иондармен сәулелендірілген магний-алюминий шпинелінің монокристалдарындағы радиация индуцирленген ақау түзілу процестері. Зерттеу әдістері. Диссертациялық жұмыста фотолюминесценция спектрлері ИНТЕГРА СПЕКТРА лазерлік конфокальды сканерлеуші микроскопы және Nanofinder High End конфокальды спектрометрі көмегімен өлшенді. MgAl₂O₄ люминесценциясының өшу кинетикасын өлшеу үшін 445 нм (2,78 эВ) толқын ұзындығындағы импульстік лазерлік көзді қолдана отырып, уақыт бойынша корреляцияланған дара фотондарды санау әдісі пайдаланылды. Құрылымдық зерттеулер 200 кВ кернеуде жұмыс істейтін заманауи жоғары айқындағыштықтағы трансмиссиялық электрондық микроскоптар - FEI Talos™ F200i S/TEM (ЯРЗ, БЯЗИ) және JEOL ARM200F (Порт-Элизабет, ОАР) - негізінде жүргізілді. Қорғауға ұсынылатын негізгі ережелер: 1. Xe, Kr, Bi, Ne иондарымен сәулелендірілген MgAl₂O₄ фотолюминесценциясының 355, 445, 473 және 532 нм толқын ұзындықтарында қоздырылғандағы спектрлік деректері. 2. Xe иондарымен сәулелендірілген MgAl₂O₄ фотолюминесценциясының өшу қисықтарының компоненттері анықталды. 8×10¹² см⁻² флюенспен Xe иондарымен сәулелендірілген MgAl₂O₄ және Al₂O₃ монокристалдарының фотолюминесценциясының өшу кинетикасына 620 нм толқын ұзындығында жүргізілген салыстырмалы талдау келтірілді. Өшу қисықтарының флюенске және сәулелену толқын ұзындығына тәуелділігі көрсетілді. 3. Bi және Ne иондарымен сәулелендірілген MgAl₂O₄ үлгілері үшін ТЭМ әдісі арқылы алынған латентті тректердің микрокұрылымдық кескіндері. Олардың салыстырмалы талдауы. 4. Әртүрлі қоздыру жағдайында висмут иондарының (710 МэВ) материалға ену тереңдігі бойынша фотолюминесценция интенсивтілігі профильдерінің талдауы. Ғылыми жаңалық. Жүргізілген эксперименттік зерттеулердің ғылыми жаңалығы төмендегідей: 1. Алғаш рет жылдам ауыр иондармен сәулелендірілген MgAl₂O₄ үлгілерінде 475–800 нм спектрлік диапазонда кең, жоғары интенсивті, элементарлы емес фотолюминесценция жолағы анықталды. Бұл жолақтың табиғаты қазіргі уақытта толық анықталмаған, оған сәйкес келетін ақаулар да белгісіз, тек болжамдар ғана келтіріледі; 2. Алғаш рет 150 МэВ энергиялы ксенон иондарымен сәулелендірілген үлгілер үшін люминесценцияның өшу кинетикасы зерттелді. Люминесценцияның өшу тұрақтылары анықталып, 490–700 нм кең спектрлік диапазонда уақыт бойынша ажыратылған спектрлердің иондар флюенсіне және толқын ұзындығына тәуелділігі зерттелді; 3. Алғаш рет әртүрлі энергиялы фотондармен қоздыру кезінде — 3,5 эВ (355 нм), 2,6 эВ (473 нм), 2,3 эВ (532 нм) және 1,83 эВ (785 нм) — висмут иондарының MgAl₂O₄ кристалындағы ену тереңдігіне байланысты фотолюминесценция профильдері зерттелді; 4. 710 МэВ энергиялы висмут иондарымен және 23 МэВ энергиялы неон иондарымен сәулендірілген шпинельдің микроқұрылымы зерттелді. Тіркелген латентті тректер құрылымына талдау жүргізіліп, трек түзілу шегінен төмен және жоғары болған жағдайлары шпинель құрылымына салыстырмалы талдау жасалды. Жұмыстың ғылыми-практикалық құндылығы. Ұсынылған эксперименттік зерттеулер радиациялық материалтану мен қатты дене физикасының іргелі ғылыми дамуына үлес қосады. Осы жұмыстың нәтижелері кең тыйым салынған аймағы бар материалдардағы радиациялық-индукцияланған үдерістерді тереңірек түсінуге мүмкіндік береді және магний-алюминий шпинеліндегі ақауларды зерттеу бойынша алдағы жұмыстарға қажетті мәліметтерді кеңейтуге жол ашады. Жұмыс бойынша тұжырымдалған қорытындылар мен нәтижелер осы зерттеу нысанына қатысты теориялық модельдерді құруға немесе шпинель құрылымындағы радиациялық-стимулденген эффектілерді модельдеуге пайдалы ақпарат бола алады. Диссертациялық жұмысты орындау барысында жүргізілген зерттеулердің практикалық маңыздылығы күмән тудырмайды, өйткені магний-алюминий шпинелі техника мен технология өндірісінің көптеген салаларында кеңінен қолданылады. Ұсынылған деректер магний-алюминий шпинелін ядролық және термоядролық энергетикада радиацияға төзімді материал ретінде қолдану мүмкіндігін бағалау үшін, сондай-ақ фотоника құрылғылары мен лазерлік техникада функционалдық материал ретінде пайдалану тұрғысынан қолданылуы мүмкін. Автордың жеке үлесі. Диссертациялық жұмыстың эксперименттік нәтижелері автордың Г.Н. Флеров атындағы Ядролық реакциялар зертханасы, Бірлескен ядролық зерттеулер институты (Дубна қ., Ресей), Беларусь мемлекеттік университеті (Минск қ., Беларусь) және Н. Мандела университеті жанындағы Жоғары айқындағыштықтағы трансмиссиялық электрондық микроскопия орталығы (Порт - Элизабет қ., ОАР) қызметкерлерімен бірлесіп алынған. Автордың жеке үлесі эксперименттік өлшеулерді жүргізуге тікелей қатысуынан, алынған нәтижелерді өңдеуінен және қолда бар әдеби деректерді талдауынан тұрады. Физикалық үдерістерді талдау, интерпретациялау және талқылау ғылыми кеңесшілермен бірлесіп орындалды. Жұмыс нәтижелерінің сенімділігі. Заманауи эксперименттік базаны және өлшеу әдістемесін қолдану жұмыстың нәтижелерін сенімді деп есептеуге мүмкіндік береді. Алынған нәтижелерді алюминий оксиді бойынша бұрыннан белгілі деректермен салыстыру логикалық қорытындылар жасауға және ғылыми тұжырымдардың жоғары дәрежеде негізделгенін көрсетеді. Диссертацияда ұсынылған нәтижелер халықаралық рецензияланған ғылыми журналдарда жарияланған және халықаралық конференциялардың материалдарында таныстырылған. Диссертация нәтижелерінің сыннан (апробация) өтуі. Диссертациялық жұмыстың негізгі қорытындылары мен нәтижелері келесі халықаралық конференцияларда ұсынылған және ғылыми семинарларда талқыланған: 1. «The 21st International Conference on Radiation Effects in Insulators (REI-21)» 21-ші Халықаралық конференциясы (Фукуока қ., Жапония, 3–8 қыркүйек, 2023 ж.). 2. «Energy Fluxes and Radiation Effects EFRE 2022» 8-ші Халықаралық конгрессі (Томск қ., Ресей, 2–8 қазан, 2022 ж.). 3. «AYSS-2022» XXVI Халықаралық жас ғалымдар мен мамандар ғылыми конференциясы (Дубна қ., Ресей, 24–28 қазан, 2022 ж.). 4. БЯЗИ Г.Н. Флеров атындағы Ядролық реакциялар зертханасы (8 сектор) және Қолданбалы физика орталығы «Жоғары энергиялы ауыр иондармен сәулелендірілген MgAl₂O₄ алюминий-магний шпинелінің фотолюминесценциясы» тақырыбындағы ғылыми семинары (Дубна қ., Ресей, 20 қыркүйек, 2022 ж.). 5. «Иондардың беттік өзара әрекеттесуі» 25-ші Халықаралық конференциясы (Ярославль қ., Ресей, тамыз, 2021 ж.). 6. «Nuclear Science and Technologies» III Халықаралық ғылыми форумы (Алматы қ., 20–24 қыркүйек, 2021 ж.). 7. «Interaction of Radiation with Solids» 14-ші Халықаралық конференциясы (Минск қ., Беларусь, 21–24 қыркүйек, 2021 ж.). 8. «TURK-COSE 2020» II Халықаралық түрік конгресі (Астана қ., 14–15 қараша, 2020 ж.). Жарияланымдар. Диссертациялық жұмыстың негізгі тұжырымдары 9 жарияланған жұмыста көрсетілген, олардың ішінде: 2 мақала импакт-факторы бар рейтингтік журналдарда, 2 мақала Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрлігінің Білім және ғылым саласын бақылау комитеті бекіткен тізімге енгізілген басылымдарда, 5 жұмыс халықаралық конференция материалдарында жарияланған. Диссертацияның құрылымы мен көлемі. Диссертация кіріспеден, үш бөлімнен, қорытындыдан және 162 дереккөзден тұратын пайдаланылған әдебиеттер тізімінен тұрады. Жұмыстың жалпы көлемі 96 бетті құрайды, оның ішінде 5 кесте, 55 сурет және 2 қосымша бар. Кіріспе бөлімінде жұмыстың өзектілігі мен жаңашылдығы сипатталған, мақсаттары мен міндеттері тұжырымдалған, олардың ғылыми және практикалық маңыздылығы негізделген, қорғауға ұсынылатын негізгі тұжырымдар көрсетілген, автордың жеке үлесі, жарияланымдар, апробация және диссертацияның қысқаша мазмұны берілген. Бірінші бөлімде магний-алюминий шпинеліндегі радиациялық процестерге қатысты қолдағы деректердің қысқаша әдеби шолуына арналған. Онда қоспалық орталардың, ақаулы күйдің қалыптасу механизмдері және олардың материалдың оптикалық қасиеттеріне әсері сипатталған. Арнайы назар жоғары электрон қоздырылу тығыздығынан туындайтын радиациялық зақымдарға аударылған. Сонымен қатар, осы материалды қолданудың мүмкін болатын салалары көрсетілген. Екінші бөлімде ауыр иондармен сәулелендірілген MgAl₂O₄ монокристалдарының фотолюминесценция спектрлері мен кинетикасын өлшеу эксперименттік әдістемелері баяндалған. Ол үшін лазерлік конфокальды микроскопия, уақыт бойынша шешім жасайтын спектроскопия (TCSPC) және өшу қисықтарын талдау үшін EasyTau2 бағдарламалық қамтамасыздандыруы қолданылған. Үшінші бөлімде зерттеу нәтижелері, эксперименттік деректердің талдауы және талқылауы берілген. 355, 445, 473 және 532 нм толқын ұзындығындағы лазермен қоздырылған фотолюминесценция спектрлері көрсетілген. 445 нм толқын ұзындығында ксенон иондары арқылы сәулелендірілген шпинельдің фотолюминесценциясының өшу қисықтары көрсетіліп, олардың сипаттамалық өмір сүру уақыттары анықталған. Висмут және неон иондары арқылы сәулелендірілген үлгілер үшін ТЭМ әдісімен алынған микрокұрылымдық деректер сипатталған. Сонымен қатар, MgAl₂O₄-де висмут иондарының ену тереңдігі бойынша фотолюминесценция интенсивтілігінің профильдері ұсынылған. Қорытынды бөлімінде диссертацияның негізгі тұжырымдары келтірілген.
Зерттеулерді этикалық бағалау жөніндегі комиссияның қорытындысы
Диссертациялық кеңестің шешімі
Диссертация қорғауының бейнежазбасы: https://www.youtube.com/watch?v=BfpfPxS0Hao
