ТКАЛЯ Евгений Викторович (р.  в г. ), доктор физ.-мат. наук, главный научный сотрудник

 

 

В 19   г. окончил физический факультет МГУ.  В ноябре 1985 г. защитил кандидатскую диссертацию на тему «Кварковая структура легких ядер в процессах при высоких энергиях».(Руководили диссертационной работой В.Г. Неудачин и И.Т. Обуховский.)  В июне 1993 г. защитил докторскую диссертацию на тему «Возбуждение и распад изомерных уровней атомных ядер в электродинамических процессах первого - третьего порядков».

 

Имеет более 94 научных публикаций в высокорейтинговых журналах, участвовал в написании книги, руководил работой двух диссертантов. Заведовал лабораториями с 1997 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лаборатория электрон-ядерных и молекулярных процессов (ЛЭЯМП) была создана в НИИЯФ лет 10 назад. Лабораторию возглавлял доктор физико-математических наук Евгений Викторович Ткаля. Ниже расположенный текст, посвященный работе коллектива  лаборатории, скопирован с сохраненной страницы на сайте Ин-та Ядерной физики (НИИЯФ МГУ):

 

В лаборатории проводился широкий спектр теоретических исследований на стыке атомной и ядерной физики, а также ядерной спектроскопии и физики твердого тела. Ряд публикаций последнего времени посвящен приложениям квантово-механических методов расчета к решению нанотехнологических задач. Лаборатория тесно сотрудничала с несколькими экспериментальными группами в НИИЯФ МГУ и в институтах РАН.

Основные направления научной работы ЛЭЯМП были:
А) Ядерная спектроскопия и смежные области
- теоретические исследования процессов взаимодействия ядра с атомной оболочкой в разных порядках теории возмущений для КЭД;
- процессы возбуждения и распада изомерных уровней атомных ядер в высокотемпературной плотной плазме;
- влияние среды на свойства ядерных переходов низкой и сверхнизкой энергии;
- тормозное излучение при альфа-распаде ядер.
Б) Физика твердого тела и атомная физика
- влияние физико-химического окружения на бета-распад ядер;
- электронные свойства редкоземельных элементов и их соединений.
В) Расчетно-теоретические исследования наноструктур
- разработка комплекса (пакета) компьютерных программ для расчета свойств материалов и наноструктур из первых принципов, основываясь на квантово-механических законах на атомно-молекулярном уровне с последовательным переходом на макроскопический уровень методами статистической физики и термодинамики;
- построение количественных вычислительных моделей для описания и предсказания свойств вещества на различных пространственных и временных масштабах.

В ЛЭЯМП за последнее десятилетие выполнены следующие исследования:
1. Доказана несостоятельность концепции изомерной гафниевой бомбы.
2. Предложена схема ядерного лазера оптического диапазона, и теоретически обоснована возможность создания такого устройства на переходе с энергией 7.6 эВ в ядре 229Th. Предсказаны каналы распада низколежащего изомера 229mTh (3/2+, 7.6 эВ): “ядерный свет” в диэлектрике; конверсия на электронах проводимости в металле; электронный мостик в атоме; альфа-распад;
3. Разработана теория процессов возбуждения и распада ядерных уровней при переходах электронов в оболочке атома, в том числе с учетом динамического эффекта объема ядра.
4. Выполнен цикл работ по механизмам возбуждения изомерных уровней атомных ядер в высоко-температурной плотной лазерной плазме. Результаты этих работ привели к обнаружению возбуждения ядер 181Ta в лазерной плазме.
5. Предсказаны спектры тормозного излучения, сопровождающего альфа-распад ядер.
6. Получены формулы для вероятности спонтанного излучения произвольной мультипольности в среде как функции ε и μ.
7. Объяснено ускорение распада (K-захвата) ядра 7Be внутри фуллерена C60 как результат формирования потенциала притяжения и волновой функции с узлом. Предсказано время жизни 7Be внутри (комплекс 7Be@C36) и снаружи (молекула 7Be-C36) фуллерена C36.
8. Открыт новый класс веществ – материалов для хранения водорода – на основе углеродных колец: а) допированных бором и стабилизированных литием, натрием, калием или магнием ароматических углеводородов; б) бор-углеродных нанотрубок стабилизированных литием.
9. Изучен спектр возбужденных состояний молекулы фуллерена С60 в приближении конфигурационного взаимодействия (КВ) с базисом, состоящим из двукратно возбужденных детерминантов.
10. Исследована электронная структура димера церия (Ce2) и ее влияние на фазовые переходы в кристаллическом состоянии церия.

Ряд проектов, ориентированных на физику твердого тела и нанотехнологии, осуществлялся с помощью разработанных в лаборатории компьютерных программ. Ниже приводится краткое описание нескольких таких кодов.

MuScalT– комплекс программ для расчета свойств микросистем (до 100 атомов) на основе фундаментальных законов квантовой механики (т.н. ab-initio расчет). Благодаря использованию новейших численных методов и эффективного программирования, AlgoQMT заметно превосходит все существующие в мире аналоги по соотношению быстродействие и точность расчета. По сути, расчет такого уровня обладает точностью сравнимой с точностью лучших экспериментальных методов, но, не требуя материальной реализации системы, позволяет проводить исследование более гибко и в существенно широком диапазоне параметров.

MuScalRHF - программа, позволяющая проводить расчет энергии микросистем (до 100 атомов) методом Хартри-Фока с учетом электрон-электронных корреляций методом Меллера-Плесета (MP2). Программа позволяет использовать метод "разложения единицы" (resolution of the identity или RI-метод) для существенного ускорения вычисления электрон-электронных интегралов. Метод позволяет сократить число вычислений интегралов со стандартного количества N4 до величины порядка N3. Здесь N – число базисных функций в расчете. Величина N может достигать нескольких тысяч, при этом программа требует на 2-3 порядка меньше памяти и процессорного времени, чем стандартный метод. Это позволяет на обычном персональном компьютере проводить расчеты систем из нескольких десятков атомов с точностью лучше десятых долей ккал/моль. Другие методы, такие как метод функционала плотности или полуэмпирические методы не могут гарантировать такой точности для межмолекулярного взаимодействия. Программа может также вычислять дипольный и квадрупольный моменты молекулы, электронную плотность и некоторые другие характеристики системы.

MuScalOpt - программа оптимизации геометрии молекулярной системы работает как при наличии аналитических градиентов энергии системы, так и в случае, когда этих градиентов нет или их точность недостаточна. Возможны два режима оптимизации:
- оптимизация межмолекулярной геометрии "жестких" молекул;
- полная оптимизация системы (и внутримолекулярная, и межмолекулярная).
Формат параметризации молекулы позволяет также "замораживать" отдельные степени свободы системы, накладывать симметрийные ограничения. Кроме того, программа может выполнять расчет гармонических и ангармонических частот колебаний молекул, а также выдавать информацию о вибрационных модах системы для ее дальнейшей визуализации.

MuScalPlot - программа расчета электронной плотности и выдачи данных для ее визуализации позволяет строить электронную плотность системы в целом и также отдельно создавать молекулярные орбитали. Это позволяет проводить химический анализ молекулярных систем, объяснять и предсказывать их свойства.

MuScalCI - программа, позволяющая проводить расчет электрон-электронных корреляций микросистем (до 100 атомов) более высоких, чем MP2, и построения электронных спектров молекул.

Результаты исследований сотрудников лаборатории публиковались в ведущих зарубежных и отечественных журналах: Physical Review A, B, C, Physical Review Letters, Nuclear Physics A, The Journal of Physical Chemistry C, Успехи Физических Наук, ЖЭТФ, Письма в ЖЭТФ и других.

 

Новости науки на сайте МГУ от 12.04.2018 г.:

Управление ядерными переходами позволит сделать часы в десятки раз точнее атомных

В новой статье российский ученый из Научно-исследовательского института ядерной физики имени Д.В. Скобельцына МГУ (Е.В. Ткаля) теоретически обосновал, что темпом перехода ядра тория-229 из основного состояния в возбужденное можно управлять в зависимости от внешних условий. Оказалось, что частоту переходов можно как ускорять, так и замедлять в десятки раз. Это позволит создавать часы в десятки раз более точные, чем самые лучшие современные атомные. Исследование сотрудника МГУ опубликовано в журнале Physical Review Letters.

На данный момент самыми точными часами являются атомные, в которых время отсчитывают благодаря переходам электронов между энергетическими уровнями. Относительно недавно учёные предложили перейти от электронных переходов к ядерным, что может существенно повысить точность часов, так как частота таких переходов намного выше. Однако в абсолютном большинстве случаев эта частота и соответствующая ей энергия слишком велики для практического применения. На данный момент считается, что наиболее подходящий кандидат для таких часов — ядро тория-229, так как оно обладает уникальным достаточно низкоэнергетическим переходом, при котором излучается фотон ультрафиолетового диапазона.

Сложность работы с ядрами обусловлена явлением внутренней конверсии, из-за которого высвобождающаяся при ядерном переходе энергия передается одному из электронов, а не выходит в виде фотона. В изолированном атоме тория-229 вероятность получения энергии электроном в миллиард раз выше, чем её передача фотону. Однако если поместить атом в кристалл с большой шириной запрещенной зоны, то ситуация меняется.

«Моя идея состоит в том, что в кристалле электронная оболочка может полностью перестроиться, из-за чего можно наблюдать ядерное излучение без конверсии, которая оказывается запрещена», — пояснил автор работы Евгений Ткаля из НИИЯФ МГУ.

В новой работе Ткаля теоретически рассмотрел переходы включенного в кристалл ядра тория-229 при окружении всей системы изолятором, тонкой диэлектрической пленкой или металлической поверхностью. Автор пришел к выводу, что спонтанной эмиссией можно управлять, если поместить ядро внутрь таких тел. Это явление хорошо известно для оптических переходов электронов и называется эффектом Парселла. Анализ показал, что оболочка в зависимости от свойств и размера позволит изменить темп перехода в десятки раз, вплоть до 50. В контексте часов уменьшение особенно интересно, так как одновременно с ним также становится у́же сама линия излучения, что позволяет более точно отсчитывать время.

«Это примерно на порядок позволит увеличить точность относительно теоретических часов, сделанных на тории, но без учета данного эффекта, — рассказал ученый. — С помощью таких дополнительных физических явлений можно добиться относительной точности выше 10^-20».

Основной проблемой, препятствующей созданию прототипа ядерных часов, является неточное знание энергии данного перехода. В данный момент погрешность измерений этой величины составляет десятые доли электрон-вольта (эВ), а для осуществления эффективной накачки ядер внешним излучением необходимо уменьшить неточность до уровня ширины линии возбуждающего лазера, которая составляет около 10^-5 эВ.

Также учёный поделился последними результатами проведенных группой экспериментаторов в МИФИ опытов, в которых удалось пронаблюдать возможность контролировать вероятность излучения. Таким образом, полученные в данной работе теоретические результаты уже получили подтверждение в эксперименте.