Яворський П.В. Ab initio метод паспортизації напівпровідникових матеріалів для дозиметричних досліджень. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 104 «Фізика та астрономія» – Інститут електронної фізики НАН України, Ужгород, 2025.
Дисертацію присвячено розробці теоретичного інструментарію та методології ab initio паспортизації напівпровідникових матеріалів для дозиметричних досліджень, що поєднує сучасні методи теорії дозиметричних, люмінесцентних явищ у напівпровідниках, чисельного моделювання та програмну реалізацію розрахункового пакету Lumini.
Перший розділ присвячений аналізу теорії та практичним здобуткам сучасної дозиметрії, що використовує явища термолюмінесценції в опромінених широкозонних напівпровідниках. Розділ містить основи взаємодії іонізуючого випромінювання із напівпровідниками при якій відбувається акумуляція променевої енергії у речовині, критерії вибору дозиметричного індикатора для фіксації поглинутої дози. Детально розглядаються схеми енергетичних рівнів, відповідальних за електрон–діркову анігіляцію та термолюмінесценцію, поширену модель OTOR (One Trap One Recombination), існуючі теоретичні методи їх дослідження. Розглядаються вимоги до напівпровідникових матеріалів у якості дозиметрів, зокрема такі як хімічний склад, ширина забороненої зони та ефективний атомний номер речовини. Детально аналізуються різного роду наближення, що використовує сучасна теорія дозиметрії, аналізуються їх умови та допустимість. Показано, що традиційний методики описання термолюмінесцентних ефектів практичної дозиметрії обмежує можливість їх застосування для паспортизації матеріалів, що потребує використання ab initio методів.
Другий розділ містить основи скейлінг–методу, запропонованого вперше для ab initio розвʼязків систем диференційних рівнянь, що описують термолюмінесцентні характеристики опромінених напівпровідників. В розділі розглянута практика застосування скейлінг–перетворень, які приводять параметри OTOR–моделі до безрозмірного вигляду, оптимального для застосування чисельних методів як алгоритм Рунге–Кутта. Розділ містить результати використання методики Монте Карло, запропонованої вперше для врахування стохастичну природу мікропроцесів при кінетичних переходах «зона–рівень пасток/рекомбінації», що дозволило моделювати реальні умови дозиметричних процесів. Показано, що застосування процедури скейлінгу вирішує ряд критично важливих задач: переформатування рівнянь OTOR–моделі до безрозмірного виду; спрощення процедури фітування теоретичних та експериментальних даних для паспортизації дозиметричних матеріалів; комп’ютерного моделювання для зменшення залежності від обчислювальних методик та забезпечення універсальності коду при роботі із експериментальними даними. Для ілюстрації наведено результати аb initio моделювання термолюмінесцентних явищ та обговорення допустимості наближень.
У третьому розділі представлено результат імплементації скейлінг–процедури моделі OTOR у розрахунковий пакет Lumini, створений вперше для вирішення комплексу задач ab initio моделювання процесів термолюмінесценції опромінених напівпровідників, оптимізації дозиметричних індикаторів та паспортизації дозиметричних матеріалів. Обговорюється архітектура та функціональні можливості пакету Lumini, приведено приклади застосування від ab initio моделювання до роботи із експериментальними даними. Вказано, що розроблений пакет Lumini є необхідною умовою для паспортизації дозиметричних матеріалів та служить повноцінною платформою для інтеграції експерименту та теорії в сучасних дозиметричних дослідженнях, використання можливостей штучного інтелекту.
Заключний четвертий розділ роботи стосується основ паспортизації дозиметричних матеріалів, які здатні забезпечити точне оцінювання дозового навантаження в широкому діапазоні умов опромінення. Це потребує створення бази даних енергетичних та кінетичних параметрів дозиметрів із достатньою достовірністю і може бути забезпечено використанням ab initio методик. Обговорюється проблема пошуку та використання ефективних оптимізаційних критеріїв, алгоритмів ШІ, які здатні встановлювати набір параметрів, що найкраще узгоджується з експериментальними даними. В розділі обговорюється умови використання ШІ для оптимізації дозиметричних досліджень як методів машинного навчання, ідентифікації форм світіння та пошук закономірностей багатопараметричних масивів даних при паспортизації дозиметричних матеріалів.
Показано, що застосування нейронних мереж, моделей глибинного навчання, дерев рішень і ансамблевих методів дозволяє не лише підвищити точність та швидкість процесу паспортизації, але й автоматизувати значну частину рутинних обчислень. Розділ містить перші дані паспортизації опромінених дозиметричних матеріалів LiF, A12O3 та Li2B4O7.
