ВІДДІЛ ТЕОРІЇ ЯДЕРНИХ ПРОЦЕСІВ

     Відділ теорії ядерних процесів був створений у 2013 р., але його історія почалася в 1994 р., коли була створена лабораторія часового аналізу ядерних процесів, на базі якої був створений відділ. З 1994 по 2015 р. лабораторією, а згодом і відділом, керував д.ф.-м.н., проф. Владислав Сергійович Ольховський, який працював в ІЯД з 1970-х років.
     У лабораторії часового аналізу ядерних процесів теоретично досліджувалися процеси тунелювання частинок і ядер крізь різні типи потенціальних бар’єрів, було розроблено метод дослідження тунелювання частинок при наявності квантового тертя, проводилися теоретичні дослідження процесів еволюції розпаду радіоактивних ядер, досліджувалося гальмівне випромінювання фотонів у процесах альфа-розпаду, були удосконалені методи ядерної хронометрії з урахуванням збудження радіоактивних ядер у природних процесах, а також активно досліджувалася кінетика та динаміка лептон-ядерних і адрон-ядерних зіткнень.
     Під керівництвом та за особистої активної участі В. С. Ольховського в лабораторії було одержано вагомі наукові результати, які знайшли міжнародне визнання:
    запропоновано й обґрунтовано загальне визначення часу тунелювання;
    узагальнено й розширено зміст ефекту Хартмана для часу тунелювання частинок;
    досліджено еволюцію тунелювання частинок крізь подвійні бар’єри;
    розроблено метод багаторазових внутрішніх відбиттів при тунелюванні частинок;
    уперше пояснено експериментальні дані з тунелювання нейтронів крізь нейтронні фільтри;
    пояснено перші експерименти з гальмівного випромінювання фо тонів у процесах альфа-розпаду сферичних ядер;
    запропоновано новий алгоритм визначення ефективного часу та інтенсивності альфа-розпаду з урахуванням збуджених станів і проведено розрахунки цих величин для випадків розпаду ряду радіоактивних ядер;
    показано, що ефективна тривалість альфа-розпаду при врахуванні формування та розпаду збуджених станів альфа-радіоактивних ядер в астрофізичних і геофізичних процесах під дією космічного випромінювання на поверхні землі помітно менша, ніж без урахування цих процесів;
    запропоновано нову інтерпретацію енергетичної залежності радіуса оптичного потенціалу з точки зору часової затримки розсіяння частинок при взаємодії їх з ядром мішені у випадку низьких енергій для сферичних ядер.
     У результаті багаторічних досліджень В. С. Ольховським було розроблено теорію оператора часу, в якій час розглядається як квантова спостережувана величина. Ця теорія дає загальний метод визначення часових характеристик квантових (зокрема, і ядерних) процесів.
     Враховуючи успішний розвиток лабораторії та розширення напрямків її діяльності, у 2013 р. на базі лабораторії було створено відділ теорії ядерних процесів. Напрямки роботи відділу,  крім  традиційних, пов’язаних з дослідженням часових характеристик в основному реакцій з нейтронами та альфа-розпадів, включають також теоретичні дослідження широкого спектра ядерних процесів – пружного та непружного розсіяння і реакцій за участю ядер та елементарних частинок, бета-розпадів, гальмівного випромінювання при різноманітних ядерних процесах, заплутаних станів у квантових системах.

В. В. Давидовський

     З 2015 р. відділ теорії ядерних процесів очолює д.ф.-м.н. Володимир Володимирович Давидовський.
     На даний час відділ нараховує 10 співробітників, з яких 2 доктори і 5 кандидатів наук.
     У відділі розвивається власний дифракційний підхід до опису ядерних реакцій при середніх та високих енергіях, який узагальнює стандартну дифракційну теорію на випадок процесів з великими поздовжніми передачами імпульсу і дозволяє кількісно описувати, зокрема, процеси розщеплення двокластерних ядер у кулоновому та ядерному полях (В. В. Давидовський, А. Д. Фурса).

А. Д. Фурса

     Було запропоновано простий метод визначення параметрів модельної деформованої хвилі безпосередньо з рівняння Шредінгера з відомим оптичним потенціалом. Одержані цим методом функції виявляються близькими до знайдених точними методами. Метод проілюстровано на прикладі пружного розсіяння протонів на 12C при енергіях 72 та 156 МеВ. Одержані модельні функції використовуються при дослідженні більш складних ядерних реакцій (д.ф.-м.н. А. Д. Фурса).
     Для реакцій (p, pn) розроблено аналітичний варіант імпульсного наближення з деформованими хвилями. Одержано вирази для перерізів реакції i вектора поляризації ядерного нуклона. Вивчено їхні властивості для різних геометрій експерименту. Показано, що деформація хвильових функцій істотно модифікує імпульсний розподіл, а разом з ним i переріз реакції. Пiдхiд виявився здатним без жодного вiльного параметра добре описувати й передбачати спостережуванi величини(В. В. Давидовський, А. Д. Фурса).
     У моделі з нуклон-фононною взаємодією теоретичнo досліджено енергетичні спектри та структури основних та низько розташованих збуджених станів непарних ядер середньої атомної маси. Порівняння теоретично розрахованих положень рівнів ядер з їхніми експериментальними значеннями дозволило визначити силу взаємодії частинок з фононами, а також більш детально конкретизувати послідовність і розташування одночастинкових станів в моделі Нільссона, яка була обрана для побудови базису (А. Д. Фурса).
     Шляхом побудови енергетичної матриці для станів з певним кутовим моментом і парністю для повного гамільтоніану непарних ядер, який складається з одночастинкової та колективної частин, а також із взаємодії між цими частинами, визначено розташування і послідовність енергетичних рівнів збуджених станів непарних ядер 59Co і 55Mn та обчислено значення коефіцієнтів розкладу хвильових функцій цих станів за обраним базисом. Було одержано добре узгодження розрахованих рівнів з їхніми експериментальними значеннями. Знайдена структура хвильових функцій основних і збуджених станів непарних ядер дозволить більш надійно обрати модель ядра і метод розрахунків перерізів непружного розсіяння нейтронів цими ядрами в широкій області енергій нейтронів(А. Д. Фурса).
      Досліджено природу найнижчих збуджених станів непарних ядер, одержано нові дані про перерізи пружного та непружного розсіяння швидких нейтронів з непарними ядрами, необхідних для фундаментальної нейтронної фізики та прикладних задач ряду галузей науки, де використовуються ядерні технології (А. Д. Фурса).
     Крім того, у відділі розроблено та вдосконалюється феноменологічний просторово-часовий підхід до розгляду ядерних процесів. Цей підхід дав змогу винайти кілька нових методів задля задовільної інтерпретації експериментальних даних за урахування інтерференційних ефектів у бінарних реакціях (а також у реакціях з трьома частинками у вихідному каналі) пружного розсіяння нуклонів на легких та середніх ядрах за наявності одного ізольованого або декількох близьких резонансів, що перекриваються. За допомогою просторово-часового підходу був розроблений та зараз узагальнюється метод часових резонансів, який дозволяє задовільно описувати нетипові інклюзивні спектри кінцевого фрагмента високоенергетичних реакцій(В. С. Ольховський, к.ф.-м.н. Н. Л. Дорошко, С. О. Омельченко, к.ф.-м.н. М. Е. Долінська).

     У розвиток методів дослідження ядерних реакцій на основі спільного аналізу їх тривалостей і енергетичної структури S-матриці, започаткованих В. С. Ольховським, було розроблено новий квантовий підхід для визначення ймовірності розпаду складених ядер, що утворюються в мессбауерівських експериментах. Запропоновано новий метод дослідження еволюції розпаду радіоактивних ядер, що грунтується на теоремі Крилова - Фока, узагальненій на випадок змішаних станів, коли процес розпаду ансамблю частинок відбувається одночасно з його утворенням. Шляхом поєднання S-матричного і часового аналізів функцій збудження нуклон-ядерного розсіювання розроблено новий метод визначення рівнів зв’язаних і віртуальних станів складеного ядра при заданих геометричних параметрах нуклон-ядерного потенціалу, який може успішно застосовуватися в ядерній спектроскопії. Теоретично досліджена поведінка тривалостей і перерізів розсіювання в області енергій поблизу двох ізольованих резонансів; результати розрахунків, виконані для одноканального і багатоканального розсіювання, можуть послужити орієнтацією для пошуків ефекту зміни знака часу затримки в реальних нейтрон-ядерних процесах (Н. Л. Дорошко).
     Зроблено квантово-механічне обгрунтування необхідності пере­гляду часових характеристик розпаду ядер-хронометрів, що застосовуються при визначенні віку різних об’єктів. Показано, що при дослідженні еволюції радіоактивних перетворень і ланцюжків розпаду  треба брати до уваги часи існування не лише основних, а й можливих збуджених станів ядер, що розпадаються. Показано, що «скориговані» належним чином показники «ядерного годинника» в ряді випадків можуть відповідати значно меншим значенням тривалостей реальних процесів розпаду ядер-хронометрів, а значить, і віку об’єктів, в яких відбуваються ці процеси (В. С. Ольховський, Н. Л. Дорошко, М. Е. Долінська).

     Також у відділі розвивається власний підхід до опису бета-розпаду ядер. Так, уперше було запропоновано метод розрахунку зведених імовірностей бета-переходів на збуджені стани непарних ядер з урахуванням вакуумних флуктуацій квазічастинок і багатофононних (до 10 фононів) станів основної смуги парно-парного остова, які можуть давати внесок у формування збуджених станів (к. ф.-м. н. Г. П. Куртєва).
      Уперше виявлено з аналізу великої сукупності експериментальних даних по ймовірностях бета-переходів на конкретні стани ядер закономірності впливу колективних ступенів свободи на ймовірності бета-переходів і на цій основі визначено величину перенормування констант слабкої взаємодії. Це перенормування використано у всіх розрахунках бета-розпаду ядер. У сукупності результати розрахунків показують, що ослаблення слабких сил в ядрах не залежить від масового числа й енергії збуджуваних при бета-розпаді станів (Г. П. Куртєва).
      У відділі також розв’язуються прикладні задачі фізики ядра та елементарних частинок, такі як розробка методики стохастичного охолодження пучків на прискорювачах.
      Розроблено авторську методику розрахунків емітансу та еволюцій імпульсного розкиду прискорених пучків, що стохастично охолоджуються; проводиться тестування програмного забезпечення для різних типів сигналів кікеру системи стохастичного охолодження для пучків антипротонів та важких іонів на прискорювачі CR (FAIR-проекту) (М. Е. Долінська).
     Із середини 1990-х років у відділі проводиться дослідження ядерної взаємодії та механізмів ядерних реакцій методами гальмівного випромінювання. Було розроблено теорію гальмівного випромінювання, що супроводжує різноманітні ядерні процеси. Теорію застосовано (та перевірено у випадках, де існують експериментальні дані) для аналізу гальмівного випромінювання, що супроводжує альфа-розпад, протонний розпад, розсіяння протонів на ядрах (від близьконульових до релятивістських енергій), розсіяння пі-мезонів на ядрах, спонтанний поділ, потрійний поділ, захоплення протонів ядрами (у зірках). Фокус направлено до здобуття нової інформації (та зрозуміння) про взаємодію між нуклонами, що складають ядра в реакціях, динамічні характеристики, злиття, магнітне випромінювання, підбар’єрні та інтерференційні процеси та ін. (к. ф.-м. н. С. П. Майданюк).
     У відділі активно розвивається феноменологія збуджених нуклонних станів, що спостерігаються у процесах фотонародження мезонів при високих енергіях (к. ф.-м. н. М. В. Романюк).
     При дослідженні характеру взаємодії тотожних частинок у полі квантових мікронеоднорідностей уперше було показано, що обмінна взаємодія тотожних частинок при їхньому одночасному проходженні поля квантового бар’єра або квантової ями змінює енергетичні параметри частинок, час їхнього проходження через квантовий бар’єр або квантову яму. Такі зміни пов’язуються з процесами заплутування тотожних частинок і дозволяють контролювати динаміку процесів заплутування. Було розраховано час проходження тотожними частинками прямокутної квантової ями і прямокутного квантового бар’єра (к. ф.-м. н. Л. С. Марценюк).

     Активно досліджуються інтерференційні переходи в квантових системах твердого тіла (дивакансії кремнію) і наноструктурах живих організмів. Вивчаються властивості водних структур з позиції квантової теорії поля. Уперше наведено вичерпну інтерпретацію недавно відкритого японськими дослідниками ефекту індукції водою надпровідності в з’єднаннях SrFe2As2 та FeTe0,8S0,2 (Л. С. Марценюк).

     Міжнародна співпраця.
     Останнім часом відділ розширює співпрацю із закордонними установами, а саме з Центром дослідження важких іонів імені Гельмгольца (GSI, Дармштадт, Німеччина), Університетом Ланьчжоу (Китай), Національним інститутом ядерної фізики (INFN, Рим, Італія).

     Список найбільш важливих публікацій відділу.

• V. Davidovsky, B. Struminsky. Nucleon structure functions, resonance form factors and duality. Phys. Atom. Nucl. 7 (2003) 1368.
• В.В. Давидовский, М.В. Евланов, В.К. Тартаковский. Дифракционное рассеяние на атомных ядрах слабосвязанных ядер c двумя заряженными кластерами. ЯФ 69(2) (2006) 252.
• І.О. Корж, М.Т. Скляр, А.Д. Фурса. Вплив змішування станів
  мультиплетів у ядрі 27Al на перерізи розсіяння нейтронів. УФЖ 53(8) (2008) 744.
• В.В. Давидовский, А.Д. Фурса. Энергетические спектры протонов в дифракционном расщеплении дейтронов ядрами 12C и 40Ca при средних энергиях. Ядерна фізика та енергетика 17(2) (2016) 111.
• А.А. Куртева, В.Е. Митрошин. Учет коллективных степеней свободы при бета-распаде нечетных ядер. Изв. РАН. Сер. физ. 74(6) (2010) 911.
• M.E. Dolinska, N.L. Doroshko, V.S. Olkhovsky. To the modification of nuclear-chronometry methods in astrophysics and geophysics with considering excited states of alpha-radioactive nuclei and of gamma-emissions. Intern. J. of Mod. Phys. E 23(6) (2014) 146007.
• M. Dolinska, C. Dimopoulou, A. Dolinskii. Time-Domain Approach for Stochastic Cooling. Physica Scripta. 166 (2015) 014049.
• V.S. Olkhovsky, M.E. Dolinska, S.A. Omelchenko. On new experimental data manifesting the time resonances (or explosions). Central Europ. J. Phys. 9(4) (2011) 1131.
• P. Aguar Bartolome, M. Romaniuk et al. First measurement of the helicity dependence of 3He photoreactions in the ?(1232) resonance region. Phys. Lett. B 723 (2013) 71.
• L.S. Martseniuk. Change Time of Identical Particles through the Rectangular Barrier at Their Exchange interaction. Problems of Atomic Science and Technology 5 (2014) 93.
• L.S. Martseniuk. About the mechanism of arising of the superconductivity, induced by water in compounds SrFe2As2 and FeTe0.8S0.2. In: Superconductivity Properties Applications and New Developments. Chapter 2. Ed. by P. Grant (New York: Nova Publisher, 2016) p. 17.
• S.P. Maydanyuk, P.-M. Zhang, L.-P. Zou. New quasibound states of the compound nucleus in ?-particle capture by the nucleus. Phys. Rev. C 96 (2017) 014602.
• S.P. Maydanyuk, P.-M. Zhang, L.-P. Zou. A new approach for extraction of information on many-nucleon structure in alpha decay from accompanying bremsstrahlung emission. Phys. Rev. C 93 (2016) 014617.
• В.С. Ольховський, Н.Л. Дорошко, М.Е. Долінська. Необхідність перегляду часових характеристик ядер-хронометрів. УФЖ 46(3) (2001) 277.
• N. Doroshko, M. Dolinska. Investigation of the time decay characteristics of the nuclear-chronometers in order to revision of the astro­physics objects age. Problems of Atomic Science and Technology 5(44) (2004) 89.