Наука кафедри ТПФ

Наукова школа проф. Соловйова А.М.

Напрям наукової діяльності: «Фізичні властивості рідин».  Даний напрямок охоплює експериментальні та теоретичні дослідження фізичних властивостей рідких лужних металів та лужних металів, палив для реактивних двигунів, робочих авіаційних рідин. Роботи з розплавами металів виконувалися в Московському інженерно-фізичному інституті і в Інституті теплофізики  СВАН СРСР. Результати досліджень знайшли застосування а атомній енергетиці.
В НАУ  проводилися роботи з удосконалення технології контролю якості палив для реактивних двигунів і робочих рідин. Розроблено методи та прилади вимірювання температури фазових переходів, тиску насиченої пари, температури початку і кінця розгонки нафтопродуктів, температури випаровування рідин, визначення концентрації смолистих речовин і здатності палива до смолоутворення; досліджувались електричні властивості палив.
Прилади демонструвались  на ВДНГ і міжнародних виставках  та отримали золоті та срібні медалі. За результатами досліджень опубліковано 250 робіт, серед них авторські свідоцтва та патенти  на винахід.
Під керівництвом професора Соловйова А.М. захистили кандидатські дисертації доценти кафедри загальної фізики Лахін Б.Ф., Благовістна В.І., доцент кафедри теоретичної фізики Кузнєцова О.Я.; Богданова К.І., Плішивий В.Є. та інші.

Наукова школа проф. Куліша В.В.

В.В.Куліш  є автором нового наукового напрямку, який отримав назву “Фізика коливально-хвильових релятивістських електронних систем”. Даний напрямок охоплює як дослідження суто фундаментального характеру, так і розробки прикладного плану. В.В.Куліш є автором нової версії теорії ієрархічних динамічних систем, нового класу математичних методів ієрархічного типу. Йому належить пріоритет на першу схему лазера на вільних електронах ( ЛВЕ – авторське свідоцтво від 1972 р.), який було надалі реалізовано у перших експериментах з даного класу системами. У 1978 р. ним було вперше сформульовано концепцію спеціальних систем космічного базування на основі ЛВЕ, яка була прийнята ВПК СРСР до практичного впровадження. В.В.Кулішу належать також пріоритети на ряд базових конструкцій ЛВЕ та спеціальних систем на їх основі (21 авторське свідоцтво СРСР), новий тип електронних прискорювачів (8 патентів, в тому числі 5 патент США). Йому належить пріоритет на відкриття ряду нових фізичних явищ в електродинамічних системах ондуляторного типу.
Головним досягненням школи є розробка концепції одного з двох перших в світі лазерів на вільних електронах (ЛВЕ – авторське свідоцтво СРСР від 1972 року). Історично поява ЛВЕ спричинила певний переворот в лазерній фізиці та фізичній електроніці. По-перше, тому що було зруйновано парадигму, що усі лазери – це прилади, які працюють виключно на принципах квантової фізики (ЛВЕ, як відомо, працюють на принципах класичної фізики). По друге, виявились, що вони є найефективнішим і, водночас, найпотужнішими джерелами оптичного електромагнітного випромінювання.
Школі належать пріоритети на більшість головних базових конструкцій ЛВЕ. Всі вказані пріоритети захищено більше як 20 авторськими свідоцтвами на винахід.
Також, було відкрито (теоретично) ряд нових фізичних явищ, деякі з яких згодом було підтверджено експериментально. У тому числі, ефект вибухової нестійкості, супергетеродинного підсилення, фазової та поляризаційної дискримінації, механізм формування надкоротких (включно з фемтосекундними) електромагнітних хвильових пакетів тощо.
В.Кулішем та його учнями побудовано принципово нову версію теорії ієрархічних динамічних систем. В її основу закладено п’ять  сформульованих ієрархічних принципів (фундаментальних законів). У тому числі, загальний ієрархічний принцип, принцип ієрархічної подібності, принцип інформаційної компресії та ієрархічні аналоги другого та третього законів термодинаміки.
Запропонована теорія дозволила сформулювати новий універсальний концептуальний підхід для розуміння динаміки оточуючого світу у всіх, без виключення, формах його прояву. Включно з Всесвітом, соціальною та економічною структурою нашої цивілізації, біосферою Землі, як цілого, тощо.
Запропонована теорія отримала також і практичне застосування. У тому числі, на її основі розвинуто нову обчислювальну ідеологію для комп’ютерного аналізу складних нелінійних коливально-хвильових динамічних систем. Запропоновано і впроваджено в практику ряд ієрархічних асимптотичних обчислювальних методів.
В.Кулішем запропоновано новий принцип прискорення заряджених часток в схрещених поперечних ондуляторних  магнітному і вихровому електричному полях (ЕН-полях).
Запропоновано новий клас прискорювальних ЕН-систем широкого призначення, у тому числі:

1)     ЕН-прискорювачів;

2)     систем для формування  надкоротких електронних банчів;

3)     систем для охолодження пучків заряджених часток.

Розроблено конструкції та проведено  проектний аналіз широкої гами запропонованих систем.
Запропоновані конструкції та способи їх практичного застосування захищено серією вітчизняних та зарубіжних патентів.

 Наукова школа проф. Кондратенка П.О.

Наукові дослідження П.Кондратенка пов’язані з вивченням наукових проблем з оптики твердого тіла, фізики молекул, оптичного запису інформації та ієрархії фізичних полів. П.Кондратенко підготував 6 кандидатів та одного доктора фізико-математичних наук, готує нових учнів.
П.Кондратенко є автором наукових напрямків „Фізика високозбуджених молекулярних станів” і «Фізика молекул зі зв’язком типу Хе-О».
П.Кондратенко є автором понад 280 наукових праць, в тому числі 30 авторських свідоцтв та патентів на винаходи (матеріали для оптичного запису інформації та способи запису інформації).
Серед наукового доробку, отриманого П.Кондратенком та його учнями з використанням переважно квантово-хімічних, спектроскопічних та фотохімічних методик, можна відзначити:
1. Узагальнені дифузійні рівняння, які враховують неоднорідність розчинності та коефіцієнта дифузії газу в твердому тілі, і їх використання при дослідженні неоднорідних по товщині та хаотично неоднорідних твердих тіл.
2. Доведено існування вибірково-стимульованого дифузійного переносу однієї компоненти твердого полімерного розчину, викликаного направленим потоком активного газу. Ефект використано при створенні реєструючих матеріалів.
3. Експериментально показано існування дислокаційних екситонів в молекулярних кристалах.

4. Розроблений метод дослідження дифузії дислокацій в твердому тілі. Показана визначальна роль дифузії дислокацій в процесах сублімації кристалів при температурах нижче температури плавлення.
5. Вивчені механізми радіаційно-фізичних і фотохімічних процесів в молекулярних системах різного складу. Вперше виявлена фундаментальна властивість молекул:  показано, що всі без винятку молекули виявляють фотохімічну нестабільність при опромінюванні у вищі збуджені синглетні стани і подальшому протіканні квазірівноважної релаксації збудження; при цьому наявність дисоціативного високозбудженого стану пояснює природу обезбарвлювання барвників і, зокрема, фотовицвітання барвників на тканинах.
6. Введений до розгляду клас молекул зі зв’язком типу Xe-O між молекулярними фрагментами (солі діазонію, азиди тощо). Знайдені механізми сенсибілізації світлочутливості сполук даного класу, запропоновані нові реєструючі середовища і методи оптичної реєстрації інформації.
7. Знайдені механізми фотоадгезії мікрокристалів до світлочутливих шарів. Результати використані при розробці технології виготовлення екранів кольорових електронно-променевих трубок.
8. Знайдені новий ефект – одноквантовий процес фотодисоціації молекули на кілька молекулярних фрагментів та одноактний процес фотоперегрупування зв’язків в молекулярних асоціатах з утворенням кількох молекул барвника. Ефект використаний для створення реєструючого матеріалу.
9. Запропоновано ієрархічний підхід до вивчення фізичних полів, згідно з яким крім відомих чотирьох типів фізичних полів (сильна, слабка, електромагнітна, гравітаційна взаємодія) слід очікувати наявність ще кількох полів, які забезпечують єдність Всесвіту, а також пояснюють наявність „стріли часу”. Проте, ці поля переносять лише інформацію.
10. Запропоновано механізм кругообігу енергії у Всесвіті, спроможний пояснити механізми випромінювання зірок і вулканічну активність планет земної групи.

Напрямки наукових досліджень

 В секторі теоретичної фізики:

Сучасний етап розвитку кафедри відзначається активним проведенням фундаментальних та прикладних досліджень за основними напрямами:

1.Релятивістська електродинаміка” (науковий керівник –проф. Куліш В.В.)

Даний напрямок охоплює як дослідження суто фундаментального характеру, так і розробки прикладного плану. У ділянці фундаментальних досліджень – створення нової версії теорії ієрархічних динамічних систем, розробка нових математичних методів. Запропоновані перші конструкції лазерів на вільних електронах ЛВЕ та їх застосування у ряді спеціальних систем космічного та авіаційного базування та серію конструкцій ЕН-прискорювачів. Було розроблено міжнародний проект практичного впровадження отриманих раніше наукових результатів у цивільну індустрію. Проект вийшов переможцем міжнародного конкурсу у рамках системи Українського науково-технологічного центру і надалі протягом 1999-2002рр. фінансувався урядом США.
Науковий доробок за цим напрямом опубліковано у більше як 220 наукових роботах, у тому числі у чотирьох англомовних одноосібних монографіях проф. Куліша В.В. та 29 винаходах, включаючи 5 патентів США.

2. Фізика органічних рідин” (наук. керівник – проф. Соловйов А.М.)

Основні здобутки: проведені експериментальні дослідження тиску насиченої пари, температур початку та завершення кристалізації, електричних властивостей, поверхневого натягу магнітооптичних властивостей рідких сумішей.
Результати досліджень увійшли в “Инструкцию по применению и контролю качества авиационных горюче-смазочных материалов и специальных жидкостей в гражданской авиации”, Москва, “Воздушный транспорт “, ч.1, 1986 г., ч.П, 1987 г. За результатами цих робіт опубліковано понад 200 наукових статей, виконано понад 15 НДР, отримано понад 28 авторських свідоцтв на винаходи.

3. Оптичний запис інформації. Фізика молекулярних систем.” (науковий керівник – проф. Кондратенко П.О.)

Даний напрям охоплює: дослідження високозбуджених станів фотоактивних молекул. В результаті експериментальних та теоретичних досліджень механізмів релаксації молекул з цих станів показано, що релаксація збудження є квазірівноважним процесом, у високозбудженій молекулі існує дисоціативний стан, відповідальний за фотохімічні перетворення молекули безпосередньо у високозбудженому стані, що зумовлює існування фундаментального закону нестабільності молекулярних сполук при збудженні високоенергетичними квантами світла, зокрема, нестабільності молекул барвників в променях сонячного випромінювання. Результати наведений наукових досліджень увійшли до кандидатської дисертації Т.Сакун, поданої до захисту.

Вказані факти сприяли тому, що молекулярні системи активно використовуються для запису інформації з використанням високоенергетичного випромінювання.

Проведена класифікація механізмів сенсибілізації світлочутливості молекулярних систем для видимого, ультрафіолетового та рентгенівського діапазону випромінювання. Виявлені механізми дисоціації молекул зі зв’язком типу Xe-O між фрагментами. Доведено існування розгалужених радикально-ланцюгових процесів при сенсибілізованому фотолізі солей діазонію в твердих полімерних розчинах.

4. Фізика тертя та зношування” (науковий керівник – професор Дворук В.І.).

Основні здобутки: створено наукові основи підвищення абразивної зносостійкості механічних систем, виходячи з кінетичної природи процесів деформування і руйнування та прямого взаємозв’язку між ними. Розроблені нові методи наплавлення для отримання необхідних триботехнічних властивостей матеріалів, розрахункові методи прогнозування абразивного зносу.
За цим напрямом опубліковано більше 200 наукових робіт, у тому числі 3 монографії та 15 винаходів, виконано 4 НДР.

5. Розробка і впровадження новітніх навчальних технологій” (науковий керівник – проф. Куліш В.В.).

У рамках держбюджетної кафедральної НДР (2001-2011 рр.) розроблена базова концепція модульно-рейтингової системи організації навчального процесу, яка запроваджена у курсі фізики.
Проводяться дослідження організаційних принципів нової версії модульно-рейтингової технології, її методичних особливостей (складання семестрового плану-графіка навчального процесу, підготовка робочого журналу у відповідності зі спеціально розробленою формою і матеріалу для проведення письмового проміжного контролю).
Дослідження методики проведення практичних занять, обумовленої письмовими семестровими іспитами і посиленням ролі самостійної роботи студентів.
Запропоновано методику проведення практичного заняття, що складається з двох частин: контролю теоретичної підготовки у вигляді короткої письмової контрольної роботи та усного захисту домашніх і індивідуальних задач. Таким чином, моделюється екзаменаційна ситуація на кожному практичному занятті, що створює передумови для ритмічної інтенсивної роботи студентів протягом усього семестру.
За результатами досліджень в 2008-2012 рр. опубліковано 25 наукових статей, 5 навчальних посібників, навчально-методичний комплекс за кредитно-модульною системою (КМС) українською, російською (І і ІІ

6. Дослідження хімічних перетворень вуглеводного складу робочої рідини «Гідронікойл»  FH-51
Робота виконується під керівництвом к.т.н., проф. Кузнєцової О.Я. У роботі досліджуються зміни властивостей гідравлічних рідин в процесі експлуатації.  Систематизуються результати досліджень стану системи контролю якості рідин для гідравлічних систем у сучасних умовах їхнього застосування і збереження. Запропоновано напрямки удосконалення та оптимізації контролю якості рідин для гідравлічних систем літальних апаратів. Результати науковий досліджень увійшли до кандидатської дисертації Ж.Нетреби, захищеної у вересні 2012 р.

7. Вплив поляризації на оптичні властивості твердих тіл

Науковий керівник роботи  к.ф.-м.н., доц.. Северин В.С.
Проводяться теоретичні дослідження впливу поляризації електронів в  напівпровідниках та  металах  на їхні  оптичні      властивості. Традиційна (існуюча)  теорія  оптичних  властивостей  напівпровідників  та  металів    не  враховує  вказаної  поляризації. Результати теорії показують,  що  вклад  електронів в діелектричну  проникність, яка  визначає  оптичні  властивості  речовини, обумовлені  поляризацією цих  електронів, стає суттєвим  у  спектральній  області, в якій  оптичне  поглинання не  мале. Порівняння  теоретичних та експериментальних результатів, показує, що  традиційна  теорія, яка  не  враховує  вказану  поляризацію, не  співпадає з  експериментом  у  вказаній вище  спектральній  області. Запропонований  розрахунок  оптичних  властивостей  металів та  напівпровідників, який  враховує  вказану  поляризацію, дає результати, що  збігаються з  експериментом  при  всіх  частотах.

8. Дослідження електродинамічних процесів в імпульсних електромеханічних перетворювачах енергії та прискорювачах заряджених частинок.

Науковий керівник роботи  к.т.н., доц.. Чемерис В.Т.

Імпульсні електромеханічні перетворювачі енергії призначені для застосування у техніці новітньої балістики як прискорювачі макротіл до швидкості, що перевищує 1…2 км/с та у промисловості як ударні механізми для імпульсної механічної або магнітної обробки матеріалів та виробів. Завдяки концентрації енергії в коротких імпульсах такі пристрої дозволяють здійснити процеси прискорення макротіл та  обробки матеріалів з високими параметрами, які на сьогодні є досяжними лише у техніці використання вибухових речовин. Практичне оволодіння цими пристроями є уповільненим через високу наукоємність робочих процесів. Так, для кваліфікованого конструювання імпульсних електродинамічних пристроїв необхідно володіти знаннями про формування потужних імпульсів електромагнітної енергії, про нелінійні процеси взаємодії сильного імпульсного магнітного поля з металами, про принципи оптимального керування процесом імпульсного електромеханічного перетворення енергії, про поведінку провідникових та ізоляційних матеріалів під дією значних електромагнітних навантажень. Більшість з цих процесів досліджена у світовій науковій літературі лише у загальних рисах, без потрібного заглиблення у особливості інженерних проблем та без врахування взаємного впливу фізичних процесів різного характеру, як одночасні електромагнітні, механічні та теплові процеси. Окремим питанням в цій галузі є розгляд процесів дифузії електромагнітного поля в осердях індукторних систем потужних прискорювачах електронів, що є важливим для зниження вартості та підвищення ефективності таких прискорювачів у їх комерційному застосуванні.  В колі цих проблем планується виконати конкретні наукові дослідження та пошук ефективних інжерних вирішень, заснованих на результатах проведених досліджень.

9.  Фізика високоімпульсних електродинамічних систем

Науковий керівник роботи   к.т.н., доц.. Чемерис В.Т.

Даний напрямок охоплює фундаментальні та прикладні дослідження в галузі електрофізики процесів енергоперетворення в імпульсних електродинамічних пристроях – прискорювачах макротіл та заряджених частинок, системах живлення імпульсних прискорювачів та електромашинних генераторах імпульсного струму. Методи дослідження спираються на використання теорії електромагнітного поля та комп’ютерне моделювання імпульсних електромагнітних процесів. Протягом року були завершені та опубліковані результати уточненого аналізу процесів дифузії поля в рухоме електропровідне середовище та розподілу поля на межі рухомого та нерухомого середовища стосовно до проблем, що виникають у високошвидкісних прискорювачах індукційного та рейкового типу.  У вересні 2007 р. на цю тему була зроблена доповідь на науково-технічній конференції Севастопольського державного технічного університету. Продовжуються дослідження електромагнітних процесів у прискорювачах макротіл та в силових індукторах потужних індукційних прискорювачів електронів технологічного призначення. Результати роботи за напрямком орієнтовані на використання техніки потужних імпульсних струмів та магнітних полів у різних галузях високотехнологічних виробництв, в тому числі у авіаційній промисловості.

В секторі прикладної фізики:

В основу науково-навчального процесу закладена одна з провідних ідей «Болонської декларації» – НАВЧАННЯ ЧЕРЕЗ УЧАСТЬ У РЕАЛЬНИХ НАУКОВИХ ДОСЛІДЖЕННЯХ.
Так, всі студенти напряму навчання «Прикладна фізика», починають працювати в інститутах НАН України вже з 3-го курсу. Після закінчення університету випускник має можливість продовжити навчання в аспірантурі, а далі в докторантурі, як в НАУ, так і в інститутах НАН України.
Студенти кафедри традиційно виступають з доповідями на науково-технічних конференціях студентів та молодих вчених: «Наукоємні технології», «Політ», беруть участь у олімпіадах, українських і міжнародних наукових конференціях та симпозіумах. За успіхи в навчанні та науці їх було неодноразово відмічено різними нагородами, в тому числі стипендіями фонду Л. Кучми «Україна».
Викладачі кафедри є дійсними членами наукових академій та міжнародних співтовариств: Австрійської академії наук, Російської академії наук (РАН), Міжнародного співтовариства кристалографів, Нью-Йоркської академії наук, тощо.
Кафедрою укладено договори про наукове співробітництво з провідними інститутами Нацональної академії наук України:
Інститут біоколоїдної хімії ім. Ф.Д. Овчаренка
Інститут відновлюваної енергетики
Інститут електродинаміки
Інститут космічних досліджень
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова
Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича
Інститут технічної теплофізики
Інститут фізики
Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова
Інститут електрозварювання ім. Е.О. Патона