The object of research, development or design (in Russian) : Керамические материалы для ядерно-физических приложений, нанокомпозитные материалы, радиационные эффекты в твердых телах, эффекты поверхности при облучении.

The object of research, development or design (in Kazakh) : Ядролық-физикалық қосымшаларға арналған керамикалық материалдар, нанокомпозиттік материалдар, қатты денелердегі радиациялық әсерлер, сәулелену кезіндегі беттік әсерлер.

Aim of work (in Russian) : Основной целью проекта является комплексное теоретическое и экспериментальное исследование закономерностей, управляющих кинетикой образования повреждений в материалах для приложений ядерной физики и электроники в условиях высокой плотности ионизации, создаваемой облучением тяжелыми ионами высоких энергий.

Aim of work (in Kazakh) : Жобаның негізгі мақсаты жоғары энергиялы ауыр иондармен сәулелену нәтижесінде пайда болатын ионизацияның жоғары тығыздығы жағдайында ядролық физика мен электроника қосымшалары материалдарында пайда болатын зақымдану кинетикасын басқаратын заңдылықтарды кешенді теориялық және эксперименттік зерттеу болып табылады.

Методы исследования (на русском) : В проекте использовалась модель Монте-Карло, описывающая прохождение иона через вещество, последующее возбуждение электронной подсистемы материала, перераспределение электронов, валентных дырок и их энергий, а также радиационные и Оже-переходы дырок внутренних оболочек. В рамках модели учитывались сечения рассеяния заряженных частиц на электронной и ионной подсистемах мишени, определяемые с использованием формализма динамического структурного фактора и комплексной диэлектрической функции. Полученные с помощью модели пространственные распределения скоростей атомов после пролета иона применялись для описания процессов, происходящих в кристаллической решетке при её охлаждении, с использованием метода молекулярной динамики. Морфологию областей, поврежденных облучением быстрыми тяжелыми ионами, исследовали современными методами кристаллографии, статистической физики и компьютерного моделирования. Экспериментальные исследования массивных и нанокомпозитных образцов проводились в несколько этапов. Для подготовки мишеней для исследований просвечивающей электронной микроскопии использованы методы ионного травления и cфокусированного ионного пучка, а также осаждение нанопорошков на сетки для микроскопии. Облучение быстрыми тяжелыми ионами осуществлялось на ускорителе DC-60 (Астанинский филиал ИЯФ), а также на циклотроне У-400 (ЛЯР, ОИЯИ). Исследования микроструктуры облученных и необлученных образцов проводились методами высокоразрешающей просвечивающей электронной микроскопии.

Методы исследования (на казахском) : Жоба барысында ионның зат арқылы өтуін, материалдың электрондық жүйешесінің қозуын, электрондар мен валенттік кемтіктердің және олардың энергияларының қайта бөлінуін, сондай-ақ ішкі қабаттардағы кемтіктерінің радиациялық және Оже-өтулерін сипаттайтын Монте-Карло моделі қолданылды. Модель аясында динамикалық құрылымдық фактор мен кешенді диэлектрлік функция формализмі арқылы анықталатын үлгілердің электрондық және иондық жүйешелерімен зарядталған бөлшектердің шашырау қималары есепке алынды. Модель көмегімен молекулалық динамика әдісі арқылы алынған ион өтуі аяқталғаннан кейінгі атомдардың жылдамдықтарының кеңістіктік таралуы кристалдық тордың суу процесін сипаттау үшін қолданылды. Жылдам ауыр иондармен сәулеленуден кейінгі зақымдалған аймақтардың морфологиясы қазіргі кристаллография, статистикалық физика және компьютерлік модельдеу әдістерімен зерттелді. Көлемді және нанокомпозиттік үлгілерге жүргізілген эксперименттік зерттеулер бірнеше кезеңнен тұрады. Трансмиссиялық электронды микроскопияға арналған үлгілерді дайындау үшін иондық атқылау, фокусталған иондар шоғыры әдістері, сондай-ақ наноұнтақтарды микроскопиялық гридтерге тұндыру тәсілі пайдаланылды. Жылдам ауыр иондармен сәулелендіру ДЦ-60 үдеткіші (ЯФИ Астана филиалы) және У-400 циклотрондық кешені (ЯРЗ, БЯЗИ) базасында жүзеге асырылды. Сәулеленген және сәулеленбеген үлгілердің микроқұрылымы жоғары ажыратымдылықты трансмиссиялық электронды микроскопия әдістерімен зерттелді.

Obtained results and novelty (in Russian) : В проекте проведены работы по исследованию экспериментальными и численными методами формирования наноструктурных изменений в приповерхностных и интерфейсных областях нанокомпозитных материалов до и после облучения тяжелыми ионами высоких энергий. Проведено моделирование методами молекулярной динамики релаксации решетки кубических нанокластеров оксида церия, тонких пленок оксида урана, нанокомпозитов CeO2/UO2 после облучения тяжелыми ионами высоких энергий. Показано, что воздействие ионов на наночастицы вызывает частичное или полное плавление, а также эрозию на краях и фрагментацию. Экспериментальными методами показано, что исходные наночастицы обладают граненной формой и кристаллической структурой, а облучение приводит к фрагментации и эрозии частиц при малых флюенсах и значительно изменяет их форму при многократном перекрытии треков. Сравнение экспериментальных результатов с данными моделирования показало хорошее согласие и позволило выявить базовые механизмы формирования повреждений в наноструктурированных материалах. Результаты выполнения проекта опубликованы в статье R.A. Rymzhanov, A. Mutali, J.H. O’Connell, V.A. Skuratov «Tailoring shape of CeO2 nanoparticles by swift heavy ion irradiation» Journal of Physics and Chemistry of Solids, 208 (2026) 113206, https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2025.113206 (IF=5.5, Q2 Web of Science, наивысший процентиль SCOPUS – 89%). По результатам выполнения проекта сделано 4 доклада на международных конференциях.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Жоба аясында жоғары энергилы ауыр иондармен сәулелендіру дейінгі және кейінгі нанокомпозиттік материалдардың беткі және интерфейстік аймақтарында наноқұрылымдық өзгерістердің қалыптасуын эксперименттік және сандық әдістермен зерттеу жүргізілді. Жоғары энергиялы ауыр иондармен сәулеленген церий оксидінің кубтық нанокластерлері, уран оксидінің жұқа қабықшалары және CeO2/UO2 нанокомпозиттері үшін тордың релаксациялық процестері модельденді. Нанобөлшектерде сәулелену нәтижесінде толық немесе жартылай балқу орын алып, шеткі аймақтарында эрозия және нанобөлшектердің бөлінуі түрінде байқалды. Эксперименттік зерттеулер бастапқы нанобөлшектердің геометриялық пішіні және кристалдық құрылымға ие екенін көрсетті, ал сәулелендіру төмен флюенстерде бөлшектердің бөлінуіне, ал тректердің көп реттік қабаттасуы олардың пішінінің айтарлықтай өзгеруіне әкеледі. Сандық және эксперименттік нәтижелердің салыстырмасы олардың жақсы үйлесетіндігін және наноқұрылымды материалдардағы ақау құрылу механизмдерін анықтауға мүмкіндік беретіндігін көрсетті. Жұмыс нәтижелері R.A. Rymzhanov, A. Mutali, J.H. O’Connell, V.A. Skuratov «Tailoring shape of CeO2 nanoparticles by swift heavy ion irradiation» Journal of Physics and Chemistry of Solids, 208 (2026) 113206, https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2025.113206 (IF=5,5, Q2 Web of Science, SCOPUS ең жоғарғы процентилі – 89%) мақаласында жарияланды. Жоба нәтижелері бойынша халықаралық конференцияларда 4 баяндама жасалды.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : В ходе выполнения проекта были получены новые данные, позволяющие подробно описать механизмы формирования структурных изменений в материалах, используемых в ядерной энергетике и космической электронике, при воздействии интенсивного электронного возбуждения, возникающего при облучении их высокоэнергетичными тяжёлыми ионами. Полученные результаты могут быть использованы для прогнозирования радиационной стойкости материалов, а также для целенаправленной модификации их теплофизических и электрических свойств под действием ионизирующего излучения. Кроме того, важным направлением применения полученных данных является возможность управляемого изменения свойств материалов на наноуровне, что открывает перспективы для разработки электронных устройств с заданными параметрами.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Жоба барысында алынған жаңа нәтижелер ядролық энергетика және ғарыштық электроникада қолданылатын материалдарда жоғары энергиялы ауыр иондармен сәулелендіру кезінде қарқынды электрондық қозулар әсерінен пайда болатын құрылымдық өзгерістердің қалыптасу механизмдерін егжей-тегжейлі сипаттауға мүмкіндік береді. Бұл нәтижелер материалдардың радиациялық төзімділігін болжауға, сондай-ақ олардың жылу-физикалық және электрлік қасиеттерін иондандырушы сәулеленудің әсерімен мақсатты түрде модификациялауға негіз бола алады. Бұдан бөлек, алынған мәліметтер материалдардың қасиеттерін нано деңгейде басқаруға жол ашады, бұл өз кезегінде қажетті сипаттамалары бар электрондық құрылғыларды жасауға жол ашады.

Level of implementation (in Russian) : Нет внедрений.

Level of implementation (in Kazakh) : Іске асыру жоқ.

Efficiency (in Russian) : Использованные в проекте методы и подходы показали высокую эффективность при исследовании радиационных повреждений в приповерхностных и интерфейсных областях материалов ядерной энергетики, что позволило выполнить поставленные задачи своевременно и качественно. Полученные результаты могут быть использованы для выявления механизмов формирования повреждений, вызываемых облучением ионов с энергиями осколков деления, в нанокомпозитных твердых телах.

Efficiency (in Kazakh) : Жобада қолданылған әдістер мен тәсілдер ядролық энергетика материалдарының беткі және интерфейстік аймақтарындағы радиациялық зақымдануларды зерттеуде жоғары тиімділікті көрсетті, бұл қойылған міндеттерді уақтылы және сапалы орындауға мүмкіндік берді. Алынған нәтижелер нанокомпозиттік қатты денелердегі энергиялары бөлініс жарықшақтарының энергиясындай иондармен сәулелендіруден туындататын зақымданулардың түзілу механизмдерін анықтау үшін қолданылуы мүмкін.

Field of application (in Russian) : конструкционные материалы энергетики, наноматериалы, нанотехнологии.

Field of application (in Kazakh) : энергетиканың конструкциялық материалдары, наноматериалдар, нанотехнологиялар.