Анотація до роботи:

Рудько В. В. Структура та властивості парамагнітних центрів СО₂^- в біологічному та синтетичному гідроксилапатиті. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла. – Інститут фізики напівпровідників ім. В. Є. Лашкарьова НАН України, Київ, 2009.

В дисертації методом ЕПР досліджені структура та властивості парамагнітних дефектів, які виникають під впливом УФ- та -опромінення в карбонат-містких біологічних і синтетичних апатитах, а також їх трансформація під дією термічних відпалів.

Показано, що домінуючими парамагнітними центрами, які утворюються в гідроксилапатиті (ГАП) при опроміненні є радикали CO₂^- – аксіальні та орторомбічні. Встановлено, що відпал опромінених ГАП, як біологічних, так і синтетичних, призводить до трансформації орторомбічних радикалів в аксіальні. Зроблено висновок, що обидва CO₂^- парамагнітні центри локалізовані в ідентичних структурних положеннях, а саме положенні В (заміщення фосфору вуглецем). Проведений аналіз спектрів ЕПР УФ- та -опромінених ГАП зубної емалі показав, що різні типи опромінення призводять до різного співвідношення кількостей аксіальних та орторомбічних радикалів, яке є характеристичним для кожного типу опромінення. На основі цього було запропоновано і апробовано новий метод роздільного визначення дози при змішаному ( та УФ) опроміненні зразків емалі, який базується на визначенні анізотропії спектрів ЕПР пластинок емалі.

На основі експериментальних даних та теоретичних розрахунків показано, що проміжною стадією утворення стабільних парамагнітних дефектів є метастабільні радикали СО₃^3- в позиції В. Запропонований механізм утворення CO₂^- в ГАП В-типу, який може бути записаний в вигляді: СО₃^2- СО₃^3- CO₂^-.

В дисертаційній роботі одержана нова інформація про природу, структуру та властивості основних парамагнітних дефектів в ГАП, а саме радикалів СО₂^-, які виникають при - та УФ-опроміненні, запропоновано новий механізм їх утворення, пояснені зміни в системі дефектів при термічних відпалах, розроблено новий метод розділення вкладів від - та
УФ-опромінення. Основні результати, отримані в даній роботі, можна сформулювати наступним чином:

1. Показано, що основними радіаційними дефектами в біологічному та синтетичному апатиті є радикали CO₂^-, причому вони існують у вигляді двох типів: аксіальні та орторомбічні. Встановлено, що співвідношення між кількостями аксіальних та орторомбічних радикалів CO₂^- залежить від типу опромінення: доля аксіальних радикалів менша при -опроміненні, ніж при
   УФ-опроміненні.

2. З’ясовано, що при відпалах опроміненого ГАП (як біологічного, так і синтетичного) відбувається перетворення орторомбічних радикалів CO₂^- в аксіальні; в зубній емалі також спостерігається зростання концентрації ізотропних CO₂^-. Запропоновано нову модель ізотропного радикалу СО₂^- в ГАП.

3. Показано, що радикали CO₂^- обох типів займають позицію В (заміщення фосфору) в гратці апатиту, а їх прекурсорами є молекулярні
   іони CO₃^2-.

4. На основі досліджень радикалів з коротким часом життя запропоновано новий механізм утворення радикалів CO₂^- в ГАП через проміжний метастабільний стан CO₃^3-: СО₃^2- СО₃^3- СО₂^-.

5. Дослідження - та УФ-опромінених пластинок зубної емалі показали, що величина анізотропії спектра ЕПР є характеристичною (сталою) величиною для кожного типу опромінення і дорівнює 0,35 ± 0,02 для -променів та 0,50 ± 0,01 для УФ-світла. Ці величини не залежать від типу емалі, а також від дози опромінення в дослідженому діапазоні доз 0,5-10 кГр.

6. Запропоновано і апробовано новий метод розділення вкладів від g- та УФ-опромінення, який базується на вимірах анізотропії спектра ЕПР пластинок емалі. Одержано вираз, який на основі експериментальних даних дозволяє визначити окремо вклади від g- та УФ-опромінення.

7. Пояснено в деталях спектр ЕПР g- та УФ-опромінених порошків біоапатитів та його термоіндуковані зміни. Виявлено характерні ознаки в спектрі ЕПР, а саме зсув максимуму і низкопольового мінімуму сигналу ЕПР в низькопольову область та перерозподіл інтенсивностей поглинання всередині спектра, які можуть слугувати індикатором зовнішнього впливу.

Достовірність отриманих результатів гарантується використанням прецизійного методу ЕПР, аналізом експериментальних похибок. В усіх випадках перевірялася відтворюваність результатів. Додатковим фактором перевірки слугувало порівняння результатів з даними інших дослідників. Результати дисертації опубліковані в авторитетних реферованих вітчизняних і міжнародних виданнях та були апробовані на міжнародних і вітчизняних конференціях (наведені в загальній характеристиці роботи).

Публікації автора:

1. Evidence of annealing-induced transformation of CO₂^- radicals in irradiated tooth enamel / I. P. Vorona, S. S. Ishchenko, N. P. Baran [et al.] // Radiation Measurements. - 2006. - Vol. 41, N 5. - P. 577–581.

2. Isotropic radical СО₂^- in biological apatites / V. V. Rudko, S. S. Ishchenko, I. P. Vorona, N. P. Baran // Radiation Measurements. - 2007. - Vol. 42.- P. 1580–1582.

3. Радіаційно-індукований спектр ЕПР у вихідних та термічно відпалених порошках зубної емалі / М. П. Баран, І. П. Ворона, С. С. Іщенко, В. В. Рудько // Укр. фіз. журн. - 2007. - Т. 52. - С. 681–684.

4. Separation of the contributions from g- and UV-radiation to the EPR spectra of tooth enamel plate / I. P. Vorona, N. P. Baran, S. S. Ishchenko, V. V. Rudko // Applied Radiation and Isotopes. - 2007. - Vol. 65, N 5. - P. 553–556.

5. g- and UV-induced CO₂^- radicals in tooth enamel / V. V. Rudko, I. P. Vorona, N. P. Baran, S. S. Ishchenko // Radiation Measurements. - 2007. - Vol. 42, N 6–7.- P. 1181–1184.

6. СО₂^- радикалы в синтетическом гидроксилапатите / И. П. Ворона, Н. П. Баран, С. С. Ищенко [и др.] // ФТТ.- 2008. - Т. 50. - С. 1779–1782.

7. Радіаційно-стимульоване утворення радикалів СО₂^- в біологічних апатитах / І. П. Ворона, С. С. Іщенко, М. П. Баран [та ін.] // Укр. фіз. журн. - 2008.- Т. 53. - С. 1186–1190.

8. Temperature-stimulated transformation of radiation induced CO₂^- in tooth enamel plates: Abstracts of the 2^nd International Conference on Biodosimetry and 7^th International Symposium on ESR Dosimetry and Applications, (Bethesda, Maryland, USA 10–13 July 2006) / Uniformed Services University of the Health Sciences (USUHS). - Bethesda : Uniformed Services University of the Health Sciences (USUHS), 2006. - P. D-5.

9. g- and UV-induced CO₂^- radicals in tooth enamel: Abstracts of the 2^nd International Conference on Biodosimetry and 7^th International Symposium on ESR Dosimetry and Applications, (Bethesda, Maryland, USA 10–13 July 2006) / Uniformed Services University of the Health Sciences (USUHS). - Bethesda : Uniformed Services University of the Health Sciences (USUHS), 2006. - P. P-6.

10. Розділення вкладу g- та УФ-опромінення в ретроспективній ЕПР дозиметрії: матеріали коференції молодих вчених [“Лашкарьовські читання- 2007”], (Київ, 25-26 квіт. 2007 р.) / Інститут фізики напівпровідників ім. В. Є. Лашкарьова НАН України. - К. : Відділ оптичних та оптоелектронних реєструючих середовищ Інституту фізики напівпровідників ім. В. Є. Лашкарьова НАН України, 2007. - C. 12.

11. CO₂^- radicals in tooth enamel: Abstracts of the 15^th International Conference on Solid State Dosimetry, (Delft, Netherlands 8–13 July 2007) / Delft University of Technology. - Delft : Delft University of Technology, 2007. - P. V-53.

12. CO₂^- радикалы в синтетическом гидроксилапатите: материалы международной конференции [“HighMathTech”], (Киев, 15–19 окт. 2007 г.) / Национальная академия наук Украины. - К. : Друкарня видавничого дому „Академперіодика” НАН України, 2007. - C. 351.

13. Схема утворення вуглецевих радикалів при опроміненні апатитів: матеріали коференції молодих вчених [“Лашкарьовські читання-2008”], (Київ, 21-23 квіт. 2008 р.) / Інститут фізики напівпровідників ім. В. Є. Лашкарьова НАН України. - К. : Відділ оптичних та оптоелектронних реєструючих середовищ Інституту фізики напівпровідників ім. В. Є. Лашкарьова НАН України, 2008. - C. 10–11.

14. Radiation-induced radicals in biological apatites: Abstracts of the International Conference [“EUROMAR-2008”], (St. Peterburg, Russia 6–11 July 2008) / Санкт-Петербургский Государственный Университет. - СПб. : Копировательно-множительный участок отдела обслуживания учебного процесса физического факультета СПбГУ, 2008. - P. 213.

15. The mechanism of СО₂^- radicals formation in biological and synthetic apatites: Abstracts of the International Conference [“BioDose-2008”], (Hanover, New Hampshire,USA 7–10 September 2008) / Dartmouth Medical School. - Hanover : Dartmouth Medical School, 2008. - P. A16.