За допомогою методу EXAFS-спектроскопії досліджено далеку тонку структуру рентгенівських спектрів поглинання стронцію в неупорядкованих металофосфатних системах. Вивчено зміну близького порядку атомів стронцію за умови модифікації матриці гідроксіапатиту стронцію натрієм і лантаном. Показано, що у разі ізоморфних гетеровалентних заміщень стронцію в апатиті відбувається перебудова близького порядку, що виявляється в зниженні координаційного числа металу, ініційованого відходом із найближчого оточення стронцію гідроксильних груп. Показано, що заміщення атомів стронцію атомами лужних і рідкісноземельних елементів відбувається переважно в Me₍₂₎-позиціях. Ізоморфне заміщення в підгратах металу ГАП-Sr призводить до істотних змін у кисневому оточенні атомів стронцію, що виявляється в зниженні симетрії РО₄-тетраедрів. Із використанням теоретично розрахованих функцій амплітуд і фаз описано близький порядок в аморфному фосфаті стронцію до 4,5 ангстрем.

Изложены физические основы формирования материалов с нетрадиционными структурами: фрактальных агрегатов, фуллеренов и фуллеритов, эндоэдральных структур, нанотрубок, кластеров и кластерных систем, наноразмерных частиц, аморфных и нанокристаллических материалов. Приведены современные представления о структуре рассматриваемых веществ, информация о влиянии размерного фактора и параметров неупорядоченности на физические свойства. Описаны возможности использования данных материалов в современной технике.

Детально описана новая методика автоматизации процесса фотометрирования рентгеновских пленок и пластин с использованием современной компьютерной техники, которая базируется на возможности получения информации об интенсивности почернения пленки с ее графического образа, полученного сканированием.

Обобщены современные представления о ядерно-физических и физико-химических свойствах элементов, определяющих эффективность их участия в природных процессах, миграции, минералообразования, радиолиза, окислительно-восстановительных, кислотно-основных приращений, комплексообразования, функционирования изотопов. Рассмотрены методы их идентификации и определения (спектроскопии, цитометрии, систем сенсоров). Приведена методология повышения надежности результатов измерений.

С учетом физико- и химико-технологических, медико-биологических, экологических и социально-экономических проблем, а также научно-обоснованных ресурсов рассмотрены современные представления о ядерной энергетике. Проанализированы особенности ее масштабного становления и состояния развития. Приведены концепции и прогнозы эволюции отрасли. Изложены гипотезы, теоретические и практические разработки в области альтернативных источников энергии и управления радиактивным распадом долгоживущих изотопов. Освещены проблемы прикладной физики и энергетики. Приведены модели разрушения 4-го блока ЧАЭС, а также пожара на ядерном объекте. Охарактеризованы флотские и космические энергетические установки.

Приведены сведения о физико-химических предпосылках, характере, механизме, а также регулирующих, качественных и количественных эффектах взаимодействия электромагнитного излучения широкого энергетического диапазона, частиц (продуктов радиоактивного распада) и токсикантов (тяжеллых металлов) с веществами, находящихся в различных состояниях и отличающихся составом, функциональной принадлежностью и уровнем пространственно-временной организации. Освещены некоторые принципиальные аспекты современных представлений о самоорганизации, магнетизме и генерации излучений в физических, химических и биологических системах.

Рассмотрены современные представления о строении кристаллических и неупорядоточенных апатитоподобных структур, а также физико-химические, медико-биологические, экологические и технологические аспекты применения. Определены причины и следствия лабильности структуры апатитов. Приведена кластерная модель неупорядоченных апатитоподобных структур. Проанализированы особенности формирования апатитов в биосфере.

Рассмотрены современные проблемы, тенденции развития, теоретические установки методологии биологии, физические основы биологического формообразования, а также основные принципы и результаты исследований последнего времени в области радиобиологии. Обобщены данные о специфическом действии радиационных и токсикологических факторов среды различной интенсивности и продолжительности на биосистемы, отличающиеся уровнем организации: мутагенезом, клеточными реакциями, структурно-функциональными изменениями, популяционной адаптацией и экодинамикой, синергетическими явлениями, эффектами синергизма.

За допомогою комплексу структурних і спектроскопічних методів (РФА, ІЧ-спектроскопії, магнітного резонансу, рентгенолюмінесценції) досліджено структурні особливості та радіаційні дефекти, що виникають під час ізоморфних заміщень в катіонних (Ca, Sr) і аніонних (OH, F, Cl) позиціях структури синтетичних апатитів. Установлено зміщення ІЧ-смуги <$E nu sub 4> в довгохвильову область та її уширення в ряду Ca-ГАП (Ca- гідроксилапатит), F-АП (ФАП), Cl-АП (ХАП). Для радіаційних діркових центрів <$E roman O sup -> встановлено закономірну зміну величин g-факторів у бік g-фактора вільного електрона як у разі Са-, Sr-, так і OH-, F-, Cl-заміщень, а для ХАП установлено зменшення густини неспареного електрона на ядрах Cl під час заміщення Ca на Sr. Установлено закономірне довгохвильове зміщення всього спектра рентгенолюмінесценції в разі переходу від Ca- до Sr-апатитів. Припущено, що встановлені закономірності обумовлені збільшенням ступеня ковалентності хімічних зв'язків в апатитах. Виявлено новий парамагнітний центр у гідроксилапатитах, відпалених за температур 1 300 K і вищих, який ідентифіковано як центр <$E roman O sub 2 sup 3-> в структурі домішкової фази тетракальційфосфату.

Узагальнено літературні відомості та власний досвід використання сучасних фізичних та обчислювальних методів дослідження в ході вивчення особливостей будови та властивостей кристалів апатитів, а також процесів їх формування, ізоморфного заміщення в них, кислотно-основних, окисно-відновних і інших перетворень, що обумовлюють цілеспрямовану зміну електронної структури, яка визначає оптимальне функціонування в біосистемах. Сформовано комплексний підхід діагностики апатитоподібних структур на основі лужноземельних металів.

За допомогою методу електронного парамагнітного резонансу на частоті 9,3 ГГц в інтервалі температур 77 - 500 K проведено дослідження типів <$E roman O sup ->-центрів, які з'являються під час рентгенівського та <$E gamma>-опромінення в синтетичних фосфатах кальцію з ізоморфними домішками іонів Li, К і La. Встановлено, що в гексагональному Ca-апатиті присутній <$E roman O sup - >-центр (<$E roman {OH sup - ~-~O sup -~-~OH sup - }>), який проявляється в спектрах електронного парамагнітного резонансу за температури 77 K у вигляді дублету з <$E g sub symbol <94> ~=~2,0707> і <$E DELTA B sub symbol <94> ~=~0,74~symbol С~0,05> мТл, інтенсивність якого відповідає кількості кристалічної фази. В ізоморфнозаміщених сполуках виявлено ряд нових <$E roman O sup ->-центрів, у найближчому оточенні яких знаходяться іони лужних металів і La: <$E roman {V sub OH ~-~O sup - ~-~OH sup - ~(Me sub II sup + 2Ca sub II sup 2+ )}>, <$E roman {O sup 2- ~-~O sup - ~-~OH sup - ~(2Ca sub II sup 2+ La sub II sup 3+ )}>, <$E roman {O sup 2- ~-~O sup - ~-~O sup 2- ~(2Ca sub II La sub II )}>. Встановлено, що локалізація неспареного електрона на іоні <$E roman Li sup +> (4,76 %) менша, ніж на іоні <$E roman K sup +> (6,02 %), відповідно до іонних радіусів цих атомів, що пояснюється більшим перекриванням <$E 2 p sigma>-орбіталі іона кисню і 3s-орбіталі іона <$E roman K sup +> у структурі гексагонального Ca-ГАП.

Апробовано різні методики електронно-мікроскопічного дослідження нанопорошків з гідроксоапатиту кальцію та вивчено структурний механізм колоїдно-хімічного генезису золів і гелів під час зародження та росту кристалічної фази з реакційної суміші.

За допомогою методу рентгенівської фотоелектронної спектроскопії досліджено гідроксоапатит і його фази з частковим ізоморфним заміщенням Ca на U - <$E {roman Ca} sub 10-x {roman U} sub x ( roman {PO sub 4 ) sub 6 (OH}) sub 2>. З'ясовано зміни в електронній структурі сполук. Виявлено помітні зміни в енергії зв'язку остовних електронів і ширині електронних ліній. На підставі розрахованих даних, одержаних за допомогою методу LMTO, припущено про можливе місце розташування урану - <$E roman Ca sub (2)>-позиції. Розрахунки вказують на зниження симетрії тетраедрів <$E roman PO sub 4>, а також на зменшення енергії зв'язку в гідроксильній групі.

Методом електронного парамагнітного резонансу проведено дослідження високомінералізованих біологічних тканин (емаль зубів, кістки), а також синтетичних карбонатапатитів, отриманих за різними технологіями. Основну увагу приділено вуглецьвмісним парамагнітним радикалам <$E roman CO sub 2 sup - >, <$E roman CO sub 3 sup - > і <$E roman CO sub 3 sup 3- >, а також іонам <$E roman O sup - > та іншим парамагнітним центрам, характерним для біогенних і синтетичних карбонатапатитів. Вивчено місця локалізації і властивості предцентрів, які при опроміненні переходять у парамагнітний стан.

Проведено дослідження змін в електронній структурі гідроксоапатиту кальцію у разі ізоморфного заміщення кальцію нікелем. Досліджено три зразки гідроксоапатиту: один стехіометричний та два в різному ступені ізоморфно-модифіковані нікелем. Зразки є нанорозмірними порошками з питомою площею поверхні до 250 <$E roman {м sup 2 "/" г}>. Дослідження проведено методами рентгенівської емісійної та фотоелектронної спектроскопії. Встановлено, що ізоморфне заміщення кальцію нікелем не призводить до істотних змін у електронній структурі кальцію та відбувається здебільшого у Ca(2) позиціях.

Розглянуто вплив температури та термостабільність синтезованих сполук гідроксоапатиту кальція (Ca10(PO4)6(OH)2) та апатитоподібних сполук (Ca10(PO4)3(VO4)3(OH)2, Ca10(PO4)(VO4)5(OH)2). Вивчено закономірності протікання термічних процесів в синтезованих порошках на основі гідроксоапатиту кальція. Проведено якісну та кількісну оцінку зміни маси даних сполук залежно від температури.

Методом електронного парамагнітного резонансу (ЕПР) з використанням даних рентгенофазового аналізу, інфрачервоної спектроскопії і протонного магнітного резонансу проведено дослідження наносистем і домішкових фаз у природному, синтетичному і біогенному апатиті. Встановлено, що домішкові карбонатні фази однозначно ідентифікуються за сигналом ЕПР <$E roman Mn sup 2+> в оксидній фазі - продуктом розкладання карбонату. Показано можливість ідентифікації нітратних неорганічних і органічних фаз по парамагнітних іон-радикалах <$E roman NO sub 3 sup 2-> і C2NO, a фосфатної в біоапатиті - по центру <$E roman O sub 2 sup -3>. Досліджено форми ліній ЕПР кисневих гідроксилвмісних центрів у структурі гідроксилапатиту (ГАП), фторапатиту (ФАП), хлорaпатиту (ХАП) і біоапатиті T = 300 і 77 К. Припущено, що температурна залежність форми спектра вказує на присутність нанофази ГАП у структурах ФАП, ХАП і біоапатиту.

Исследовано влияние основных физико-химических факторов - пересыщения, отношения мольных концентраций прекурсоров, рН раствора, длительности ростового процесса на фазовый состав и структурные характеристики кальций-фосфатных покрытий. Определена концентрационная граница метастабильной области пересыщенных растворов при температуре 37 <$E symbol Р>C и стехиометрическом (для фазы гидроксиапатита кальция) соотношении концентраций [Са]/[Р] = 1,67. Показано, что при высоком уровне пересыщения происходит рост двухфазных поликристаллических покрытий - гидроксиапатита и октакальция фосфата. При малых пересыщениях покрытия растут как монофазные (гидроксиапатит). Обнаружено, что в исследованной области изменения основных ростовых параметров, независимо от их абсолютных значений, кальций-фосфатные покрытия растут нанокристаллическими и текстурированными. Начальным этапом роста (несколько десятков минут) покрытия является образование аморфного фосфата кальция. Индукционное время для нуклеации зародышей при <$E roman ln sigma sub 1~=~2,51>, рН = 7,4 и <$E Т~=~37~symbol Р>C составляет ~ 30 мин. Покрытие содержит фазы гидроксиапатита и октакальция фосфата. Обнаружено, что степень текстуры и направление преимущественного роста покрытий изменяются в ходе ростового процесса.

Исследованы закономерности формирования гидроксилсодержащих парамагнитных центров <$E roman {OH sup - ~-~O sup - ~-~OH sup - (O sup - (1)}>) и <$E roman {OH sup - ~-~O sup - ~-~HO sup - (O sup - (3)}>) в зависимости от структурного окружения и температуры в Ca-ГАП с частичным замещением ионов <$E roman Ca sup 2+> ионами <$E roman K sup +> и <$E roman La sup 3+>, карбонатапатите A-типа с примесью ОН-групп, в биоапатите и в гексагональном стехиометрическом Ca-ГАП. По данным ЭПР установлено, что парамагнитный центр <$E roman O sup - (3)> образуется при облучении в структурах примесного Ca-ГАП, температурная устойчивость этого центра зависит от типа примесных ионов (до 473 К в (Ca, K, La)-ГАП, до 1073 K - в биоапатите). С помощью метода компьютерного моделирования показано, что при комнатной температуре центр <$E roman O sup - (3)> образуется в примесной структуре, наиболее вероятно, из центра <$E roman O sup - (1)> при изменении направления O - H-связи вблизи вакансии Ca II или примесного иона <$E roman K sup +> II, а при наличии гидроксильной вакансии в гексагональных структурах, кроме дополнительной вакансии Ca II, возможен разрыв О - Н-связи в гидроксильной группе центра <$E roman O sup - (1)> с более удаленным от иона <$E roman O sup -> протоном и дальнейшее перемещение иона <$E roman H sup +> вдоль колонны по направлению к иону <$E roman O sup ->.

Рассмотрены процессы десорбции воды, этанола, изопропилового спирта, глицерина, ацетона из аморфного фосфата кальция (АФК). Изучена кинетика термических процессов при его нагреве. Проведена качественная и количественная оценка весового изменения АФК в зависимости от температуры и технологии синтеза.