Доктор технических наук

Профессор Отделения экспериментальной физики

И.о. руководителя Отделения экспериментальной физики

Лаптев Р.С. является основателем нового научного направления в Томском политехническом университете, связанного с созданием источников позитронов переменной энергии на основе конверсии нейтронного излучения в медном конвертере, с их последующим внедрением в научно-образовательный процесс и промышленность. В отличие от классических подходов, использующих дорогостоящие линейные ускорители или кадмиево-вольфрамовые мишени, предлагаемый метод опирается на изотоп медь‑64, образующийся при облучении природной меди нейтронами реактора. Это позволяет получать регулируемые по энергии позитронные пучки с интенсивностью до 10⁹ позитронов в секунду при существенно меньших капитальных затратах, снижении радиационного фона и минимизации радиоактивных отходов, что делает технологию экономически эффективной и экологически безопасной.

Под руководством Лаптева Р.С. сформированы новые подходы к комплексному проектированию позитронных источников, включающие многоэтапные расчёты и численное моделирование. В частности, проведён детальный анализ зависимости эффективности генерации позитронов от толщины медного конвертера, что позволило определить оптимальное значение, обеспечивающее максимальный выход позитронов и минимальное тепловыделение. Разработаны математические модели для описания энергетических спектров и угловых распределений испускаемых позитронов с учётом специфики нейтронного поля реактора ИРТ‑Т ТПУ. Выполнена оценка радиационных и тепловых нагрузок на конвертер, определены допустимые температурные пределы и прогнозируемый срок службы. Созданы алгоритмы управления режимом нейтронного облучения, позволяющие поддерживать стабильный поток позитронов во времени за счёт учёта периода полураспада изотопа меди‑64 (12,7 ч) и оперативной коррекции параметров облучения.

Результаты этих исследований легли в основу создания универсального источника позитронов на базе ИРТ‑Т ТПУ, который предназначен для прецизионного анализа дефектной структуры материалов методами позитронной аннигиляционной спектроскопии (ПАС) как ex situ, так и in situ. Разрабатываемый источник обеспечит возможность исследования эволюции дефектов в металлогидридных композитах, циркониевых, титановых и магниевых сплавах под воздействием водорода, радиации и температуры, что крайне востребовано в водородной и ядерной энергетике. Параллельно ведутся работы по созданию систем детектирования нового поколения с высоким временным (до 170 пс) и энергетическим (1,16 кэВ) разрешением, а также специализированного программного обеспечения для автоматизации обработки больших массивов данных ПАС.

Важнейшей составляющей деятельности Лаптева Р.С. является подготовка научных кадров. В рамках проекта запланировано вовлечение 3 докторов наук, 10 кандидатов наук, 6 аспирантов, 10 магистрантов и 15 бакалавров по направлениям «Прикладная математика и информатика», «Физика», «Информатика и вычислительная техника», «Программная инженерия», «Приборостроение», «Ядерная физика и технологии», «Техническая физика» и «Материаловедение и технологии материалов». На базе ИРТ‑Т создаётся научно-образовательная платформа, включающая молодёжные школы, практические семинары и лабораторные практикумы, что обеспечит системную подготовку специалистов, способных работать с уникальными установками и развивать позитронные методы диагностики в России.

Разработанные под руководством Лаптева Р.С. технические решения и методики уже заложены в дорожную карту развития исследовательской инфраструктуры ТПУ на период до 2030 года, а их практическая реализация позволит не только расширить научные возможности реактора ИРТ‑Т, но и создать высокотехнологичную продукцию: источники позитронов с регулируемой энергией, системы детекторов нового поколения, технологии исследования материалов-накопителей водорода с использованием ПАС, а также программные комплексы для анализа позитронных спектров. Эти продукты найдут применение в научных центрах, атомной промышленности, энергетическом секторе и медицинских учреждениях (в том числе для совершенствования позитронно-эмиссионной томографии).

В условиях санкционных ограничений проектом предусмотрена максимальная опора на отечественные компоненты и разработки, что минимизирует риски импортной зависимости и обеспечивает технологический суверенитет в данной области. Таким образом, научная и организационная деятельность Лаптева Р.С. создаёт прочный фундамент для прорывных исследований в области ядерной физики, материаловедения и водородной энергетики, укрепляя позиции ТПУ как одного из ведущих центров компетенций по позитронной диагностике в России [Лаптев Р. С. Контроль и анализ дефектной структуры гетерогенных металлических материалов методами позитронной аннигиляционной спектрометрии: диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук: спец. 2.2. 9 : дис. – 2024.].