В. В. Варламов, А. И. Давыдов

Обсуждаются особенности методов получения информации о сечениях фотоядерных реакций на пучках тормозного y-излучения и квазимоноэнергетических фотонов, образующихся при аннигиляции на лету релятивистских позитронов, с помощью которых получено абсолютное большинство данных. Показано, что существенные расхождения результатов таких экспериментов по абсолютной величине и форме обусловлены определенными недостатками обоих методов, которые могут быть в определенной степени исключены при использовании пучков фотонов, образующихся в процессах обратного комптоновского рассеяния.

С. П. Камерджиев, М. И. Шитов

Представлен краткий обзор экспериментальных и теоретических результатов в области энергий пигми- и гигантских резонансов. Во-первых, $E1$-резонансов в $^{208}$Pb, где достигнут предел экспериментального разрешения в области пигми-дипольного резонанса и выделены отдельные $1^-$-уровни. Во-вторых, важнейшие физические результаты экспериментов с разрешением 50-200 КэВ: значение таких экспериментов для радиационных силовых функций(РСФ), которые определяют характеристики ядерных реакций, кратко обсуждается современный физический анализ структур резонансов -- вейвлет–анализ. Обсуждаются также некоторые результаты в области энергий возбуждения 1-5 МэВ.

Д. А. Бобылев$^{1,2}$, В. И. Шведунов$^{1,2}$

В настоящей работе исследована магнитная структура накопительного кольца источника рентгеновского излучения, основанного на эффекте обратного комптоновского рассеяния, и рассчитанного на применение в диапазоне энергий пучка электронов от 35 МэВ до 120 МэВ. Для данного накопительного кольца приводятся результаты расчёта динамики электронного пучка и рассматривается влияние эффектов радиационного затухания, квантового возбуждения, лазерного затухания и внутрипучкового рассеяния. Обсуждаются динамическая апертура и энергетический аксептанс данного кольца. Приводятся результаты расчёта величины спектральной яркости рентгеновского излучения и её изменение с течением времени.

И. А. Колмычек, В. Б. Новиков, А. И. Майдыковский, Т. В. Мурзина

Исследование взаимодействия лазерного излучения с магнетиками является не только неистощимым источником новых эффектов, но также предоставляет возможность изучения магнитных сред на микро- и макроуровне. Это особенно важно в связи с развитием современных технологий, позволяющих изготавливать структуры с принципиально новыми магнитными и оптическими свойствами, реализация которых в естественных материалах невозможна. В обзоре представлены результаты исследований нелинейно-оптических эффектов в ферромагнитных нано- и микроструктурах, а также пленок разного состава. Продемонстрированы уникальные возможности нелинейно-оптической диагностики анизотропных, вихревых, пиннингованных магнитных структур, визуализация микромагнитной структуры поверхностных слоев ферритов-гранатов, основанные как на высокой чувствительности метода генерации оптической второй гармоники к магнитному состоянию наноструктур и границ раздела, так и на свойствах симметрии тензоров магнитоиндуцированной восприимчивости высокого порядка.

Quantifying the influence of the axial field of view, crystal material and object heterogeneities on the NEMA NU-2 scatter fraction estimation method: A Monte Carlo simulation study of the uEXPLORER PET scanner.

M. El Katib$^1$, E. Chakir$^1$, R. Sebihi$^2$, H. Saikouk$^{2,3}$

In Positron Emission Tomography (PET), the scattered photons represent a major image degrading factor. The scatter fraction (SF) of PET scanners is experimentally determined following the National Electrical Manufacturers Association (NEMA) NU 2 protocol, using a polyethylene phantom with a line source inserted at 45 mm radial offset from the phantom’s center. In this work, we aim to investigate the optimal radial offset of the line source, that represents the SF of a uniformly activated phantom, for the Lutetium Yttrium Orthosilicate (LYSO)-based uEXPLORER total body PET scanner. Additionally, we propose to study the impact of several factors (axial field-of-view (AFOV), crystal material and heterogeneities) on this optimal offset, in an effort to provide recommendations for a wide range of PET scanner configurations. We performed Monte Carlo (MC) simulations of the uEXPLORER scanner along with five phantoms of different diameters, using the Geant4 Application for Tomographic Emission (GATE) code. We performed supplemental MC simulations in which we varied the crystal material, the AFOV and we introduced bone and lung heterogeneities in the phantoms to asses their impact on the optimal offset findings. Our results demonstrated that the 45 mm offset overestimates the SF of the uniform 20 cm diameter phantom by 24.3%. Instead, an offset of 87 mm was reproducing this SF. For the phantoms having diameters in the range of 10-50 cm, an offset of 90.7% of the phantom’s radius was shown to be optimal (best fit). No AFOV-related impact has been observed on this optimal offset. The influence of the heterogeneities was also small with less than 1.1% absolute deviation in the SF. This offset could then be used for all AFOV lengths PET scanners using LYSO crystal. The impact of the crystal material was shown to be minimal and an offset of 91.5% of the phantom’s radius is consequently recommended as an average for other PET scanners.

PMAXS Library Generation for the Benchmark on Rostov-2 VVER-1000 Reactor

M. Kheradmand Saadi, S. DiPasquale, V. Giusti

Recently, the OECD/NEA organization developed a benchmark problem based on a specific experiment conducted during the Rostov-2 first start-up procedure. The first phase of this benchmark gives an option to participants to develop their own two-group, assembly-wise homogenized cross sections. The main objective of this research is description of different techniques and methods employed during our own PMAXS libraries generation as well as their verification. The sophisticated SERPENT-2 Monte Carlo code has been employed for neutron transport in five distinct types of fuel assemblies and their corresponding group constants generation in a burnup and branch hierarchical structure. For each assembly 7 burnup states, 3 fuel temperature points, 2 moderator temperature points, 2 boron concentrations and 2 control rod states have been considered. The output files have been converted to PMAXS format using GENPMAXS interface. The verification of generated libraries has been conducted with two independent approaches. The first one is based on the comparison in assembly multiplication factor resulted from SERPENT and GENPMAXS codes. The results showed that the maximum reactivity difference between two codes is only 29 pcm. In second approach, the generated libraries have been fed to the PARCS code and neutronic results compared with reference data. The results showed that at different burnup states, the radial relative power and burnup distributions resulted from PARCS calculations are in good agreement with corresponding reference values. The maximum relative difference was less than %4 and the location of “hot assembly” was same.

Р. В. Джолос, Е. А. Колганова

Дана общая информация о структуре и свойствах первых возбужденных $1^-$ состояний четно-четных ядер. Обсуждаются малоизученные характеристики $1^-$ состояний, которые представляют интерес для изучения в рамка программы исследований на комптоновском источнике монохроматических гамма-квантов НЦФМ (ИНОК).

Н. Н. Арсеньев, А. П. Северюхин

На примере магических ядер $^{40,48}$Ca, $^{68,78}$Ni, $^{132}$Sn и $^{208}$Pb исследована корреляция между электрической дипольной поляризуемостью и толщиной нейтронной <<шубы>>. Распределение силы $E1$~переходов вычислялось в рамках приближения случайных фаз с функционалом плотности энергии Скирма. Сравнение с экспериментальными данными позволило ограничить значение энергии симметрии ядерной материи в интервале $J=30-37$~МэВ

И. А. Артюков$^1$, А. В. Виноградов$^1$, В. И. Шведунов$^{1,2}$

Работа, как и семинар, на котором она докладывалась, посвящена памяти выдающегося физика-ядерщика, профессора МГУ Б.С. Ишханова, точнее его вкладу в исследование и разработку ЛЭРИ – лазерно-электронных рентгеновских источников. Актуальность и перспективы этого направления связаны с «пропастью» между двумя существующими типами рентгеновских источников: с одной стороны - рентгеновскими трубками, а с другой – электронными ускорителями, накопителями и лазерами на свободных электронах. Речь идёт о гигантском различии характеристик пучка, стоимости, масштаба, энергопотребления и пр. Кратко представлены история ЛЭРИ, современные проекты за рубежом, а также проект МГУ – Цзилинский университет, выполненный под руководством Б.С. Ишханова. С точки зрения их приложений, проектируемые ЛЭРИ можно разделить на два типа и соответственно - разных по масштабу устройства. В первом случае – это сфера применений серийных рентгеновских трубок, а во втором – это радиационная медицина, ядерные технологии и исследования по ядерной физике. Международные конференции по ЛЭРИ проводятся с 2008 г. Их перечень приведён в Приложении к статье.

А. С. Бусаров$^1$, П. Ю. Глаголев$^2$, Н. Л. Попов$^1$

Одной из задач современных оптических методов является наиболее полное описание исследуемых объектов и световых полей. Например, исследуемые материалы должны характеризоваться не только поглощением, но и преломлением, а световые поля за объектом и вблизи детектора - не только интенсивностью, но и фазой. Работа Гершберга и Сакстона 1972 года была первой попыткой выполнить эту задачу, без использования каких-либо оптических элементов, опираясь лишь на квадратичный детектор и компьютер, моделирующий распространение электромагнитных волн. Сегодня подобные безлинзовые методы получения изображений применяются в широком диапазоне длин волн – от терагерц до жёсткого рентгеновского. Цель настоящей работы - дать краткое введение в теорию безлинзовых методов применительно к рентгеновскому диапазону длин волн. Представлены также результаты экспериментов по безлинзовому построению изображений тест-объектов, выполненных недавно в ФИАНе с помощью лазеров.

Новое микроскопическое представление спиновой динамики в квантовых системах с биквадратным обменным взаимодействием

М. И. Труханова$^{1,2}$, П. А. Андреев$^1$

Существует версия уравнения Ландау-Лифшица, в которой учитывается кулоновское обменное взаимодействие между атомами, выражаемое слагаемым $\sim\bm{s}\times\triangle\bm{s}$. С другой стороны, ионы в магнитных материалах имеют несколько валентных электронов на $d$-оболочке, поэтому гамильтониан многоэлектронных атомов со спинами $S>1$ должен включать биквадратное обменное взаимодействие. Мы предлагаем новый фундаментальный микроскопический вывод уравнения эволюции спиновой плотности с явной формой биквадратного обменного взаимодействия, используя метода многочастичной квантовой гидродинамики. Уравнение эволюции плотности спина получено из многочастичного уравнения Шредингера-Паули и содержит вклады обычного кулоновского обменного взаимодействия и биквадратичного обмена. Кроме того, полученный биквадратный обменный момент в уравнении эволюции плотности спина пропорционален нематическому тензору для среды атомов со спином $\textit{S = 1}$. Наш метод может оказаться весьма привлекательным для дальнейшего исследования магнитоэлектрического эффекта в мультиферроиках.

А. A. Быков

Рассматривается задача об эволюции внутреннего переходного слоя в двумерных квазилинейных начально--краевых задачах для уравнения реакции--адвекции--диффузии в неоднородной среде с малым параметром при старших производных. Показано, что в нулевом (главном) порядке асимптотического ряда положение внутреннего переходного слоя описывается уравнением Гамильтона--Якоби, потенциал вычисляется в виде интеграла от функции плотности источников. Линия фронта переходного слоя эволюционирует таким же образом, как линия равного значения эйконала (или линия волнового фронта) для задачи о распространении волн в неоднородной среде для случая коротковолновой (геометрооптической) асимптотики. Найдено сумма асимптотического ряда нулевого и первого порядка, % время существования гладкой линии фронта, время разрушения контрастной структуры.

П. Н. Николаев

В работе рассчитаны характеристики фазового перехода гранецентрированный кубический кристалл – однородная фаза в гелии на основе корреляционного ячеечно - кластерного разложения. Проведено сравнение теоретических данных с данными эксперимента и получено хорошее совпадение. Обсуждается использование данных о фазовых переходах в гелии для оценки термодинамических характеристик фазового перехода в квантовой системе твердых сфер.

И. П. Волобуев, С. И. Кейзеров, Э. Р. Рахметов

В модели Рэндалл-Сундрума, стабилизированной с помощью скалярного поля Гольдбергера-Вайза, вычислены низшие квантовые вакуумные поправки к тензору энергии-импульса скалярных и тензорных полей. Показано, что отвечающая им вакуумная плотность энергии полей в пространстве между бранами приводит к эффекту Казимира. С помощью метода размерной регуляризации и формулы Абеля-Плана выделены расходимости и проведена перенормировка вакуумной плотности энергии, получено аналитическое выражение для силы Казимира и сделана оценка ее влияния на параметры модели. Найдено, что такие квантовые поправки приводят только к пренебрежимо малому уменьшению расстояния между бранами, т.е. модель оказывается устойчивой относительно вакуумных квантовых поправок.

И. А. Гуляев$^1$, К. А. Казаков$^2$

Проведено численное исследование устойчивости течений газа, порождаемых стационарными пламенами вблизи предела воспламенения при их распространении в вертикальных трубах. Установлены основные сценарии эволюции начального течения продуктов горения в зависимости от значений коэффициента теплового расширения и нормальной скорости пламени. Показано, что реализация того или иного сценария существенно зависит от ширины области стагнации, а также расстояния, проходимого газом от фронта пламени до выхода из трубы. В частности, течение продуктов горения оказывается устойчивым в достаточно коротких трубах при ширине зоны стагнации менее половины диаметра трубы. Эволюция же неустойчивых течений может сопровождаться появлением областей рециркуляции и акустических колебаний.

А. Ю. Сосорев$^{1,2,3}$, О. Д. Паращук$^1$, А. А. Трубицын$^1$, Н. О. Дубинец$^{2,4}$, И. В. Чичерин$^1$, Д. Ю. Паращук$^{1,2}$

Степень компактизации ДНК в различных областях клеточного ядра определяет, должны ли в них экспрессироваться гены и протекать другие важнейшие клеточные процессы, например, репликация и репарация ДНК. Однако, подходы к экспериментальной оценке компактности ДНК в ядрах клеток, а также её индикатора, динамического беспорядка — тепловой флуктуации положения и взаимной ориентации молекулярных фрагментов, — практически не развиты. В настоящей работе на примере одноцепочечных олигонуклеотидов гуанина и цитозина, а также их двуцепочечной комбинации показано, что динамический беспорядок в ДНК может быть оценен на основе данных низкочастотной спектроскопии комбинационного рассеяния (КР). Впервые измерены спектры КР олигонуклеотидов в широком диапазоне, включающем низкочастотную и высокочастотную область. Обнаружено, что низкочастотная интенсивность КР максимальна в одноцепочечном олигоцитозине и минимальна в двуцепочечном олигонуклеотиде, в полном согласии с величинами динамического беспорядка, оцененными из расчётов методом молекулярной динамики. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности применения низкочастотной спектроскопии КР для оценки динамического беспорядка и компактности ДНК. Ожидается, что использование такой техники должно способствовать пониманию ключевых клеточных процессов и обуславливающих их физических механизмов, которое необходимо для развития передовых методов молекулярной биофизики и клеточной биологии.

В. И. Клещ, И. Р. Андержанов, Р. Р. Исмагилов, А. Н. Образцов

Представлены результаты исследования влияния непрерывного лазерного излучения видимого диапазона на автоэмиссионные свойства точечных катодов, представляющих собой алмазные иглоподобные микроразмерные кристаллиты с нанометровым радиусом окончания. Измерения проводились в конфигурации вакуумного диода с плоским металлическим анодом при приложении постоянного напряжения. Обнаружено увеличение автоэмиссионного тока при освещении алмазной иглы лазером. Величина тока изменяется прямо пропорционально мощности лазерного излучения. Относительное увеличение тока под действием лазерного излучения определяется параметрами темновой вольт-амперной характеристики и достигает максимального значения в области, соответствующей минимальному увеличению темнового тока с напряжением. Показано, что наиболее вероятным механизмом увеличения тока является изменение электрического сопротивления алмазной микроиглы в результате поглощения лазерного излучения с участием расположенных в запрещенной зоне алмаза электронных уровней, связанных с примесями или структурными дефектами в приповерхностном слое алмазной микроиглы.

А. П. Абдуллаев, Д. М. КАФАРОВА

На основе зонной структуры соединения были определены экстремумы валентной зоны и зоны проводимости и рассчитан тензор компонентов обратной эффективной массы электронов и дырок.

Ю. А. Купряков$^1$, К. В. Бычков$^2$, О. М. Белова$^4$, В. А. Малютин$^5$, А. Б. Горшков$^3$

В работе приведены результаты анализа наблюдений вспышки SOL2012-04-27 на горизонтальной солнечной установке HSFA-2 обсерватории Ондржейов (Астрономический институт Чешской Академии Наук) в спектральных линиях водорода, гелия и кальция. После обработки спектров были определены интегральные потоки излучения в линиях. Наблюдения интерпретируются в рамках предположения о быстром выделении энергии внутри хромосферы, сопровождающемся разлётом газа. В рамках модели нагретого газа выполнен теоретический расчет параметров плазмы с учётом физических условий в хромосфере, включая самопоглощение в спектральных линиях. Сопоставление сразу по шести линиям позволило с большой степенью уверенности восстановить температуру $T$, плотность и пространственную структуру излучающего газа. Наилучшее согласие теории с наблюдениями получается в модели разлёта неоднородных облаков, в каждом из которых есть области горячие ($T\approx18000\div19500$~K) и менее нагретые ($T\approx8000\div9000$~K). В среднем одно облако даёт около десяти процентов в полный поток излучения.

Б. О. Цыденов, Н. С. Трунов, В. В. Чуруксаева, Д. В. Деги

Представлены результаты численного моделирования процессов глубокой конвекции в оз. Байкал во время развития осеннего термобара. На примере разреза р. Болдакова – прол. Малое Море, характеризующегося большими глубинами, проведен анализ пространственно-временных распределений температуры при различных ветровых режимах. Расчеты показали эффективность ветра лишь в верхнем 250-метровом слое. Однако плотностная неустойчивость, генерируемая термобаром, может привести к конвективному перемешиванию до глубин ~600 м.

М. А. Борисов, В. И. Шведунов

Для создания компактной системы сканирования пучка вдоль конвейера в данной работе рассматривается горизонтальное размещение ускорителя с магнитной системой поворота пучка на 90 градусов. Было произведено трехмерное моделирование магнитной системы и динамики электронов в ней. Также были получены дозовые распределения в приповерхностной области облучаемого объекта, на основе которых определены оптимальные законы изменения тока и напряжения магнита развертки, обеспечивающие требуемые условия облучения продукта.