Ядерная микроскопия

Эффект теней

Доктор физико-математических наук, профессор А. Ф. Тулинов из Научно-исследовательского института ядерной физики МГУ открыл новое физическое явление, находящееся на стыке ядерной физики и физики твердого тела. Оно получило название эффекта теней. Оказалось, что при облучении монокристаллов потоком ускоренных ядерных частиц в угловых распределениях продуктов ядерных реакций и рассеяния появляются характерные минимумы интенсивности (тени), чрезвычайно рельефно воспроизводящие структуру кристалла.

С 1912 г., когда немецкий ученый М. Лауэ провел первые работы по изучению внутреннего строения кристаллов, и до последнего времени исследователи данной области науки опирались только на использование дифракции волн. Физики не знали другого явления, которое позволяло бы связать характер рассеяния излучения со структурой рассеивателя.

Эффект теней оказался именно таким явлением. В наиболее чистом виде он выступает тогда, когда дифракция практически исчезает. Это относится к области длин волн, на много порядков меньших периода решетки кристаллов. Пучки ядерных частиц (протонов, дейтронов и т. д.) при достаточно высоких энергиях обладают столь малой длиной волны, что появляется принципиальная возможность изучения тонких явлений в кристаллах при неограниченно высоком разрешении.

На базе эффекта теней родилось новое, быстро развивающееся направление в физике - протонография, или ядерная микроскопия кристаллов. Методы протоногра-фии уже сейчас позволяют решать многие важные задачи: изучать малые смещения атомов в кристаллах, возникающие, в частности, в результате фазовых переходов, исследовать свойства тонких монокристаллических пленок, представляющих большой интерес для микроэлектроники, определять положение примесных атомов в ячейке кристалла, расположение и характер дислокаций в решетке. С помощью протонографии впервые стало возможным изучать структуру кристалла послойно, на разных расстояниях от его поверхности, не разрушая образца.

Открытие эффекта теней оказалось важным для ядерной физики. Речь идет о прямом измерении времени протекания ядерных реакций. Это время настолько мало (10^-14-10^-22 с), что никаких экспериментальных методов его прямого определения прежде не существовало. С помощью эффекта теней можно измерять чрезвычайно малые сдвиги ядер за время протекания ядерных реакций.

На основе открытия А. Ф. Туликова сотрудники киевского Всесоюзного научно-исследовательского института аналитического приборостроения в содружестве с работниками Научно-исследовательского института ядерной физики МГУ создали и испытали протонный микроскоп. Он позволяет наблюдать кристаллическую решетку твердого вещества - проникать в глубь твердых кристаллических тел, изучать их реакции на различные воздействия, в том числе космические, плазменные и т. д.

Открытие А. Ф. Тулинова внесено в Государственный реестр открытий СССР под № 54 с приоритетом от 10 октября 1964 г. Формула открытия такова:

"Экспериментально установлено неизвестное ранее явление, заключающееся в том, что в угловых распределениях быстрых заряженных частиц - продуктов ядерных реакций на монокристаллах - возникают тени (минимумы интенсивности этих частиц) в направлениях кристаллографических осей и плоскостей кристаллов".