Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінде философия докторы (PhD) дәрежесін алу үшін Исатов Аскар Танатович «6D060500 – Ядролық физика » мамандығы бойынша «Біріккен ядролық зерттеулер институтының (БЯЗИ) ядролық реакция зертханасының (ЯРЗ) үдеткіш кешені үшін ауыр иондар шоғырының жаңа диагностикалық жүйелерін жасау және сынау» 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:
Джансейтов Данияр Маралович – философия докторы (PhD), Қазақстан Республикасы Атом энергиясы жөніндегі агенттігінің (ҚР АЭА) қазақстандық қамту департаментінің директоры (Астана қ., Қазақстан Республикасы);
Наурузбаев Досбол Кабдрашиевич – физика-математика ғылымдарының кандидаты, «Nazarbayev University Research Administration» ЖМ аға ғылыми қызметкері (Астана қ., Қазақстан Республикасы).
Диссертациялық кеңестің уақытша мүшелері:
Гадир Ахмедов – философия докторы (PhD), бөлім меңгерушісінің орынбасары, Ядролық зерттеулер департаменті, ИЦДА (Баку, Әзірбайжан);
Таткеева Галина Галимзяновна – техника ғылымдарының докторы, профессор, С. Сейфуллин атындағы Қазақ агротехникалық зерттеу университетінің электрмен жабдықтау кафедрасының меңгерушісі (Астана, Қазақстан Республикасы);
Бактыбаев Мурат Кыргызбаевич – физика-математика ғылымдарының кандидаты, Қ.И. Сәтпаев атындағы ҚазҰТУ-дың робототехника және автоматтандырудың техникалық құралдары кафедрасының доценті (Алматы, Қазақстан Республикасы).
Ғылыми кеңесшілері:
Жумадилов Касым Шаймарданович – философия докторы (PhD), профессор, Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің «Ядролық физика, жаңа материалдар және технологиялар» кафедрасының меңгерушісі (Астана қ., Қазақстан Республикасы).
Тетерев Юрий Геннадьевич – физика-математика ғылымдарының кандидаты, БЯЗИ Г.Н. Флеров атындағы Ядролық реакциялар зертханасының аға ғылыми қызметкері (Дубна қ., Ресей Федерациясы).
Қорғау 2026 жылғы 15 қыркүйек, сағат 14:00 Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің «6D060500 – Ядролық физика » мамандығы бойынша «8D053 – Физикалық және химиялық ғылымдар» кадрларды даярлау бағыты бойынша диссертациялық кеңесте аралас форматта (офлайн және онлайн) өтеді.
Сілтемесі: https://clck.ru/3VAnFK
Мекен-жайы: Астана қаласы, Қажымұқан көшесі, 13, 310 аудитория
Аңдатпа (қаз.): Диссертациялық жұмыс БЯЗИ ЯРЗ үдеткіш кешені үшін ауыр ионды сәулелерді диагностикалаудың жаңа жүйелерін әзірлеуге және апробациялауға арналған. Зерттеу тақырыбының өзектілігі. БЯЗИ ЯРЗ ядролық физикасын дамытудың қазіргі кезеңі жаңа бірегей нысандарды – DC-280 циклотронына негізделген аса ауыр элементтер фабрикасының және GASSOL газбен толтырылған сепараторды – құру және пайдалануға берумен, сондай-ақ қолданбалы зерттеулерге арналған эксперименттік нысандарды әзірлеумен сипатталады. Бұл кешендер параметрлері бойынша бірегей, басқару және диагностикалық жүйелерге бұрын жасалған стандартты шешімдермен қанағаттандырылмайтын түбегейлі жаңа талаптар қояды. Бұл күрделі жүйелерді тиімді және қауіпсіз пайдалану жеделдетілген ауыр иондық сәулелер үшін тиісті және жоғары дәлдіктегі диагностикалық құралдарсыз мүмкін емес. Дәстүрлі диагностикалық құрылғылардан айырмашылығы, жаңа физика нысандарының диагностикалық жүйелеріне келесі талаптар қойылады: • сәуле параметрлерін анықтаудағы жоғары дәлдік; • өте кең қарқындылық диапазонында жұмыс істеу мүмкіндігі; • сәулеге және нысанның компоненттеріне минималды әсер. Қолданыстағы диагностикалық әдістер бір мезгілде бұл талаптарға сай келмейді. Деструктивті әдістер жоғары дәлдікті қамтамасыз етеді, бірақ үздіксіз бақылау үшін түбегейлі жарамсыз. Керісінше, деструктивті емес әдістер in situ өлшеулерге мүмкіндік береді, бірақ сезімталдық пен кеңістіктік ажыратымдылықта шектеулі және күрделі калибрлеуді қажет етеді. Бұл шектеулер үш қолданбада ең өткір. Біріншісі циклотрон дуанттарындағы жоғары жиілікті кернеудің амплитудасын өлшеуді қамтиды. Бұл параметр резонанстық иондық үдеуді қамтамасыз ету үшін өте маңызды. Кернеудің есептелген мәннен ауытқуы сәуле фазасының сипаттамаларының өзгеруіне, шығындардың артуына және қарқындылықтың төмендеуіне әкеледі. Стандартты бақылау жүйесі жиілікке айтарлықтай тәуелділікті көрсетеді және тәуелсіз абсолютті калибрлеуді қажет етеді. Жоғары кернеулі вольтметрді пайдаланатын дәстүрлі калибрлеу әдісі кернеуде шектеулі және ең бастысы, резонанстық жүйеге қолайсыз бұзылулар енгізеді. Осылайша, ЖЖ кернеуін өлшеудің дәл, жанаспайтын әдісін әзірлеу БЯЗИ ЯРЗ зертханасындағы қолданыстағы және жаңа үдеткіштердің тиімді жұмыс істеуі үшін өте маңызды. Жаңа физика нысандарын алғашқы іске қосу кезінде сәулелік операцияларға да ерекше назар аудару қажет. Жаңа GASSOL газбен толтырылған асқын өткізгіш сепаратордың жобалық тиімділігі 58%-ға жетеді. Бұған қол жеткізудің негізгі шарты - сәуле осін соленоидтың магниттік осіне ±1 мм төзімділікпен дәл туралау. Бұл реттеуді жобаланған жоғары сәуле қарқындылығында орындау криогендік компоненттер мен кремний детекторларын зақымдау мүмкіндігіне байланысты өте қауіпті. Жалғыз қауіпсіз әдіс - реттеулерді өте төмен қарқындылықта (0,001 нА-дан аз бөлшектер) орындау, бұл өте кең ток диапазонында жұмыс істей алатын бірегей сезімталдығы бар мамандандырылған детекторды жасауды талап етеді. Үшінші мәселе тек іргелі зерттеулермен ғана емес, сонымен қатар FLNR үдеткіштерінде жүргізілген қолданбалы зерттеулермен де байланысты (электрониканы радиациялық беріктендіргішпен қатайту, радиобиология, материалтану). Бұл қолданбалар үшін сәулелендірілген үлгі аумағында жүздеген шаршы сантиметрге жетуі мүмкін біркелкі ион ағынының тығыздығының таралуын қамтамасыз ету және сақтау өте маңызды. Қолданыстағы бақылау әдістері (фосфорлар, пленкалар) сәулені бұзады немесе сәулелену кезінде тікелей өлшеу жүргізуге мүмкіндік бермейді (in situ), бұл жұмыс режимдерін жылдам реттеуді мүмкін емес етеді. Демек, кең ауыр иондық сәулелердің екі өлшемді тығыздық таралуын нақты уақыт режимінде жоғары ажыратымдылық пен сезімталдықпен көрсете алатын инвазивті емес мониторға шұғыл қажеттілік бар. Қазіргі ғылыми әдебиеттерді талдау рентгендік әдістердің РФ терең кернеуін өлшеу үшін ең кең таралғанын көрсетеді. Дегенмен, олар кернеу бойынша шектеулі немесе аспаптық кеңейту мен фонды ескермейтін жеңілдетілген спектрлік модельдеуге сүйенеді. Ауыр иондық сәуле профильдерін (SEM торлары) өлшеуге арналған қолданыстағы шешімдер 0,1 нА-дан төмен токтарда жеткіліксіз сезімталдыққа ие, ал қалдық газ иондану профилометрлері көбінесе бір өлшемді немесе ион жинау көлемінің аздығына байланысты төмен сезімталдыққа ие. Осы диссертацияда ұсынылған шешімдер осы олқылықтарды жоюға бағытталған. Сондықтан, осы үш өзекті диагностикалық мәселені шешетін диссертация тақырыбы өзекті және JINR FLNR үдеткіш кешеніндегі тәжірибелік қондырғыларды дамыту үшін өте маңызды. Бұл диссертацияның мақсаты – БЯЗИ ядролық реакциялар зертханасының үдеткіш кешені үшін ауыр иондық сәулелерді диагностикалаудың жаңа жүйелерін әзірлеу және сынау, параметрлерді басқарудың дәлдігін, іске қосу жұмыстарының қауіпсіздігін және қолданбалы зерттеулерде инвазивті емес өлшеулер жүргізу мүмкіндігін арттыруды қамтамасыз ету. Зерттеу мақсаттары: Осы мақсатқа жету үшін келесі мақсаттар қойылып, шешілді: 1. Монте-Карлодағы дәлдік модельдеуді қолдана отырып, БЯЗИ ЯРЗ циклотрондарындағы ЖЖ кернеу амплитудасын дәл жанаспайтын өлшеу әдісін әзірлеу және тексеру. У-400M және ДЦ-280 циклотрондарындағы стандартты бақылау жүйесін калибрлеу. 2. Қауіпсіз төмен қарқынды режимде GASSOL асқын өткізгіш сепараторының магниттік осіне сәулені дәл туралау үшін өте кең динамикалық диапазонмен (0,001-ден 100 нА бөлшектерге дейін) екінші реттік сәулеленуге негізделген көп арналы мозаикалық детекторды әзірлеу және құру. 3. Әзірленген детектордың сипаттамаларын вакуум жағдайында және GASSOL сепараторының жұмыс жағдайларына ұқсас ортада эксперименттік зерттеулер жүргізу, оның көрсетілген параметрлерін (сезімталдық, сызықтық, позициялау дәлдігі, сәулеленуге төзімділік) растау. 4. Қолданбалы зерттеулерде кең ауыр иондық сәулелердің екі өлшемді тығыздық таралуын инвазивті емес бақылау үшін қалдық газ иондалуына (ҚГИ) негізделген көп арналы мониторды жобалау, әзірлеу және эксперименттік түрде зерттеу, төмен ток сәулелерімен жұмыс істеу үшін жеткілікті кеңістіктік ажыратымдылық пен сезімталдықты қамтамасыз ету. Зерттеу объектісі. БЯЗИ ядролық реакциялар зертханасының циклотрондары мен арналарында үдетілген және тасымалданған ауыр иондардың шоғырлары, сондай-ақ оларды диагностикалаудың негізінде жатқан физикалық процестер (тежеулік сәулелену, екінші реттік электрон эмиссиясы, қалдық газдың иондалуы) болды. Зерттеу пәні. Зерттеу пәні – ЖЖ кернеуін дәл жанаспайтын өлшеу әдістері мен техникалық құралдары, сондай-ақ ауыр иондық сәулелердің көлденең профилін әртүрлі қарқындылық диапазонында өлшеу, соның ішінде конструкцияларды, электрондық деректерді жинау жүйелерін және жаңа диагностикалық жүйелерге арналған бағдарламалық жасақтаманы әзірлеу. Зерттеу әдістері. Қойылған мақсаттарға жету үшін келесі зерттеу әдістері қолданылды: 1. Тәжірибелік әдістер: өлшеулер БЯЗИ ядролық реакциялар зертханасының жұмыс үдеткіштерінде (U-400, U-400M, DC-280 және IC-100) әзірленген диагностикалық құрылғылар мен анықтамалық жабдықтарды (Фарадей тостағаншалары, сцинтилляциялық детекторлар және люминофорлар) пайдаланып жүргізілді. 2. Математикалық модельдеу әдістері: тежеулік сәулелену спектрлерінің анықтамалық пішінін алу үшін Монте-Карло әдісін (FLUKA пакеті) қолдана отырып сандық модельдеу; детектор элементтерінің жылулық есептеулері үшін шекті элементтер әдісі (COMSOL Multiphysics пакеті). 3. Статистикалық деректерді өңдеу әдістері: тәжірибелік спектрлерді талдау, ең кіші квадраттар әдісін қолдана отырып, тормоздық сәулелену жиегінің орнын анықтау және өлшеу қателіктерін бағалау. 4. Регрессиялық талдау әдістері: стандартты циклотронды қабылдау электродтары үшін калибрлеу қисықтарын құру және әзірленген детекторлардың реакциясының сызықтықтығын тексеру. 5. Сандық сигналдарды өңдеу және бағдарламалау әдістері: көп арналы детекторлардан нақты уақыт режимінде деректерді жинау, визуализациялау және өңдеу үшін LabVIEW ортасында бағдарламалық жасақтаманы әзірлеу. Қорғауға ұсынылатын негізгі ережелер: 1. Тежеулік спектрдің шетіндегі циклотрондардың ЖЖ кернеуінің амплитудасын өлшеудің ±2 кВ-тан кем емес дәлдігін қамтамасыз ететін байланыссыз әдісі әзірленді және эксперименталды түрде тексерілді. 2. У-400M және ДЦ-280 циклотрондарының қабылдау электродтарының беріліс коэффициентінің жиілікке тәуелділігі алғаш рет эксперименталды түрде белгіленді және сандық түрде анықталды, бұл оларды калибрлеу және жүйелік қателікті жою әдісін әзірлеуге мүмкіндік берді. 3. Динамикалық диапазоны бес еседен астам (10⁻³–10² нA⸱ бөлшектер) болатын екінші реттік электронды эмиссияға негізделген көп арналы профилометр әзірленді және эксперименталды түрде зерттелді, бұл сәуленің орналасуын ±1 мм дәлдікпен анықтауды қамтамасыз етті. 4. Алғаш рет қалдық газ иондалуына негізделген екі өлшемді сәулелік профильді диагностикалаудың инвазивті емес әдісі енгізілді, бұл төмен ток сәулелеріне жоғары сезімталдықпен шамамен 1,5 × 1,5 мм² кеңістіктік ажыратымдылықты қамтамасыз етеді. Ғылыми жаңалық. 1. Аппараттық кеңейтуді және қайталама процестердің үлесін ескере отырып, дәлдік Монте-Карло модельдеуін қолдану алғаш рет дәстүрлі әдістер дәлдігін жоғалтатын 130 кВ дейінгі диапазондағы тежеулік спектр пішініне негізделген ЖЖ кернеу амплитудасын дұрыс анықтауға мүмкіндік беретіні көрсетілді. 2. Алғаш рет У-400M және ДЦ-280 циклотрондарының қабылдау электродының берілу коэффициентінің жиілікке тәуелділігі сандық түрде анықталды, бұл стандартты басқару жүйесіндегі жүйелік қателіктерді анықтауға және оларды өтеу процедурасын әзірлеуге мүмкіндік берді. 3. Алғаш рет ток күші бойынша 5-тен астам реттік динамикалық диапазоны бар көп арналы қайталама эмиссиялық профилометр енгізілді, бұл детектор конфигурациясын өзгертпестен өте төмен және жоғары қарқынды аймақтарда дәл өлшеуді қамтамасыз етеді. 4. Тәжірибелер детектордың біріктірілген жұмыс режимі (қайталама эмиссия + газ иондалуы) GASSOL асқын өткізгіш сепараторына ұқсас жағдайларда әдістің қолданылуын айтарлықтай кеңейтетінін көрсетті. 5. Алғаш рет орташа энергиялы ауыр иондық сәулелер үшін екі өлшемді иондану мониторы енгізілді, бұл шамамен 10³ ион/(см² с) сезімталдығымен кеңістіктік тығыздықтың таралуын инвазивті емес өлшеуді қамтамасыз етеді, бұл дәстүрлі әдістерге қарағанда 2-3 есе жоғары. Жұмыстың ғылыми-практикалық құндылығы. 1. Алғаш рет тежеулік спектрдің шетіндегі циклотрондардың ЖЖ кернеуінің амплитудасын өлшеудің байланыссыз әдісі жасалды және эксперименталды түрде расталды. Бұл әдіс аппараттық кеңейтуді және екінші реттік процестердің үлесін ескере отырып, дәл Монте-Карло модельдеуін пайдалануға негізделген, 130 кВ дейінгі диапазонда ±2 кВ-тан төмен емес кернеуді анықтау дәлдігін қамтамасыз етеді. 2. Алғаш рет У-400M және ДЦ-280 циклотрондарының қабылдау электродтарының беріліс коэффициентінің жиілікке тәуелділігі эксперименталды түрде белгіленді және сандық түрде анықталды. Бұл стандартты басқару жүйесінің жүйелік қателігін анықтауға және оны өтеу әдісін әзірлеуге, үдеу режимдерін дұрыс реттеуді қамтамасыз етуге мүмкіндік берді. 3. Көп арналы екінші реттік электронды эмиссиялық профилометр жасалды және эксперименталды түрде зерттелді. Оның ток бойынша бес реттік динамикалық диапазоны бар (10⁻³–10² нА) және сәуленің орналасуын ±1 мм дәлдікпен анықтауды қамтамасыз етеді, бұл сәулелерді кең ауқымды қарқындылық диапазонында реттеген кезде тиімді жұмыс істеуге мүмкіндік береді. 4. Қалдық газ иондалуына негізделген екі өлшемді сәуле профилінің инвазивті емес әдісі алғаш рет енгізілді. Бұл әдіс шамамен 1,5×1,5 мм² кеңістіктік ажыратымдылықты және төмен токты ауыр иондық сәулелерді жазуға жеткілікті жоғары сезімталдықты қамтамасыз етеді, қолданбалы зерттеулердегі диагностикалық мүмкіндіктерді айтарлықтай кеңейтеді. Автордың жеке үлесі. Осы диссертацияда ұсынылған барлық негізгі нәтижелерді автор жеке өзі немесе оның тікелей қатысуымен алды. Автор зерттеу мақсаттарын тұжырымдауға, үш диагностикалық құрылғының тұжырымдамалары мен жобаларын әзірлеуге, БЯЗИ ЯРЗ үдеткіштерінде тәжірибелер жүргізуге, алынған деректерді өңдеуге және түсіндіруге, сондай-ақ ғылыми басылымдар мен есептерді дайындауға белсенді қатысты. Жұмыс нәтижелерінің сенімділігі Алынған нәтижелердің жарамдылығы мен сенімділігі келесілермен расталады: Дәлелденген және сертификатталған өлшеу құралдарын пайдалану (Faraday cups, XR-100T-CdTe спектрометрі). Жалпы қабылданған математикалық модельдеу әдістерін қолдану (FLUKA, COMSOL Multiphysics) және оларды эксперименттік деректермен салыстыру арқылы тексеру. Екі тәуелсіз әдіспен алынған SEM детекторын калибрлеу нәтижелерінің жақсы сәйкестігі (сәуле тогымен тікелей салыстыру және сцинтилляторларды пайдаланып жанама калибрлеу). Әртүрлі үдеткіштерде бірнеше өлшеулердегі нәтижелердің қайталануы. Жұмыстың негізгі қағидаларын халықаралық және ұлттық конференцияларда тексеру және нәтижелерді рецензияланған ғылыми журналдарда жариялау. Диссертация нәтижелерінің сыннан (апробация) өтуі. Диссертациялық жұмыстың материалдары келесі республикалық және халықаралық конференцияларда ұсынылды және баяндалды: 1. 26th Russian Particle Accelerator Conference, IHEP, Protvino, Russian Federation, 2018. Participation with a poster presentation. 2. III International Scientific Forum “Nuclear science and technolo-gies”, Almaty, Kazakhstan, 2021. Participation with an oral presentation 3. XX Международная конференция студентов, аспирантов и мо-лодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук», Томск, 2023. Ауызша презентациямен қатысу. 4. XXI Международная конференция студентов, аспирантов и мо-лодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук», Томск, 2024. Ауызша презентациямен қатысу. 5. Дозиметрия и радиационное материаловедение, Особая эконо-мическая зона «Дубна», Дубна, Россия, 2024. Участие с устным докладом. 6. XXIX Международная конференция по ускорителям заряжен-ных частиц (Russian Particle Accelerators Conference) RuPAC`25, Санкт-Петербург, Россия, 2025. Ауызша презентациямен қатысу. Жарияланымдар Диссертация тақырыбы бойынша барлығы 9 жұмыс жарияланған, оның 3-еуі Scopus дерекқорына енгізілген, импакт-факторы нөлден жоғары басылымдарда жарық көрген, ал 6 мақала – халықаралық конференциялардың материалдарында. Диссертацияның құрылымы мен көлемі. Диссертация кіріспеден, төрт бөлімнен, қорытындыдан және 62 дереккөзден тұратын пайдаланылған әдебиеттер тізімінен тұрады. Жұмыстың жалпы көлемі 77 бетті құрайды, оның ішінде 7 кесте және 28 сурет бар. Кіріспеде тақырыптың өзектілігі негізделеді, зерттеудің мақсаты мен міндеттері тұжырымдалады, алынған нәтижелердің ғылыми жаңалығы, теориялық және практикалық маңыздылығы ұсынылады және қорғалатын негізгі мәселелер баяндалады. Бірінші бөлімде үдеткіш технологиясындағы заманауи сәулелік диагностика әдістеріне шолу жасалады, сонымен қатар ЖЖ кернеуін және сәуленің көлденең профилін өлшеу әдістеріне баса назар аударылады. Осы диссертацияның негізгі тақырыбын анықтаған мәселелер анықталған. Екінші бөлімде тежеулік спектрін қолдана отырып, ЖЖ кернеуін дәл өлшеудің әзірленген әдісі егжей-тегжейлі сипатталған. FLUKA модельдеуін қолдана отырып, тәжірибелік орнату, калибрлеу процедурасы және деректерді өңдеу алгоритмі сипатталған. У-400M және ДЦ-280 циклотрондарындағы өлшеу нәтижелері, сондай-ақ стандартты қабылдау электродтары үшін алынған калибрлеу қисықтары ұсынылған. Үшінші бөлімде көп арналы SEM детекторын әзірлеу ұсынылған. SMARTBOX-6 негізіндегі деректерді жинау жүйесі және бағдарламалық жасақтама сипатталған. Детектордың бірегей динамикалық диапазоны мен GASSOL сепараторын баптауға жарамдылығын растайтын жылулық есептеулер мен эксперименттік зерттеулердің нәтижелері ұсынылған. Төртінші бөлімде жасалған екі өлшемді IPM мониторының жұмыс принципі, дизайны және басқару жүйесі сипатталған. Ксенон иондық сәулесіндегі оның эксперименттік зерттеу нәтижелері көрсетілген, бұл көрсетілген кеңістіктік ажыратымдылық пен жоғары сезімталдықты растайды. Қорытындыда диссертацияның негізгі тұжырымдары қорытындыланған.
Зерттеулерді этикалық бағалау жөніндегі комиссияның қорытындысы
