Н.М. Буднев, А.Л. Иванова, Н.Н. Калмыков

В статье рассмотрены результаты изучения энергетического спектра и состава первичных космических лучей методом регистрации широких атмосферных ливней. Приводится обзор наземных установок, ведущих такие исследования, и краткое описание методик восстановления характеристик первичных частиц по экспериментальным данным. Особое внимание уделено энергетическому диапазону 10^16 – 10^18 эВ, в котором ожидается смена галактических космических лучей на внегалактические. Отдельно рассмотрен комплекс установок, созданный в Тункинской долине специально для изучения этого диапазона.

Research on Charging Effect in Scanning Electron Microscopic Imaging by a Monte Carlo Method

Zhang Peng

The charge accumulation in an insulating material under an electron beam bombardment exerts a significant influence to scanning electron microscopic imaging. This work investigates the charging formation process by a self-consistent Monte Carlo simulation of charge production and transportation based on a charge dynamics model. The charging effect in a semi-infinite SiO2 bulk and SiO2 trapezoidal lines on a SiO2 or Si substrate has been studied. We used two methods to calculate the spatial distributions of electric potential and electric field for two different systems respectively: the image charge method was used to deal with a semi-infinite bulk, and, random walk method to solve the Poisson equation for a complex geometric structure. The dynamic charging behavior depending on irradiation time has been investigated for SiO2. The simulated CD-SEM images of SiO2 trapezoidal lines with charging effect included were compared well with experimental results, showing the contrast change of SEM image along with scanning frames due to charging.

Calculations of structural, electronic, chemical bonding and optical properties of orthorhombic CsAlTiO4

Wei Zeng, Qi-Jun Liu, Zheng-Tang Liu

Structural parameters, electronic, chemical bonding and optical properties of orthorhombic CsAlTiO4 are studied using the plane-wave ultrasoft pseudopotential technique based on the first-principles density-functional theory (DFT). The equilibrium lattice constants, bulk modulus and electronic structure are obtained. To our knowledge, no data are available in literature of orthorhombic CsAlTiO4 with Pnma space group for comparison. Electronic and chemical bonding properties have been studied from the calculations of band structure, density of states and charge densities. The complex dielectric functions are calculated and we have explained the origins of spectral peaks.

В. В. Илясов, Д. К. Фам, А. В. Илясов, Т. И. Гребенюк, V. С. Nguyen

Выполнено ab initio моделирование адсорбции атомарного кислорода на малодефектной поверхности (110) карбида титана, реконструированной после воздействия лазерной плазмы. В рамках теории функционала плотности изучены релаксированные атомные структуры поверхности (110) системы O/TixCy с поверхностными вакансиями титана и углерода, наблюдаемых при термическом воздействии. Выполнен DFT расчет их структурных, термодинамических и электронных свойств. Установлены длины связи и энергия адсорбции для разных реконструкций атомной структуры поверхности (110) системы O/TixCy. Изучены эффекты влияния адсорбированного кислорода на зонный и электронный спектры данных поверхностей O/TixCy в их разных реконструкциях. Определёны эффективные заряды на атоме кислорода и атомах ближайшего окружения в разных реконструкциях. Установлен перенос заряда от атома титана к атомам кислорода и углерода, который обусловлен реконструкцией локальной атомной и электронной структур и коррелирует с процессами хемосорбции. Обсуждаются механизмы наноструктурирования поверхности.

В.Г. Жупанов, Ф. В. Григорьев, В Б. Сулимов, А.В.Тихонравов

В работе проведена экспериментальная проверка достоверности результатов, получаемых суперкомпьютерным моделированием процесса роста тонких пленок SiO2. При моделировании высокоэнергетического процесса напыления получено, что показатель преломления пленки SiO2 заметно превышает показатель преломления кварцевого стекла. Этот результат полностью подтверждается обработкой данных спектрофотометрических измерений реальных тонких пленок, полученных с помощью соответствующих процессов напыления.

А.А.Ломов, Ю.М.Чесноков, А.П.Орешко

Методами высокоразрешающей рентгеновской рефлектометрии и просвечивающей электронной микроскопии проведены исследования приповерхностных слоев подложек монокристаллического кремния Si(001), подвергнутых плазменно-иммерсионной имплантации ионами гелия с энергией 2 и 5 кэВ и дозой 5×1017 см–2. Показано, что формируемый ионами гелия приповерхностный слой имеет многослойную структуру, состоящую из верхнего субслоя аморфизованного кремния, под которым расположены субслой с гелиевыми пор-пузырями и нарушенный кристаллический субслой. Определены распределение электронной плотности по глубине, концентрация и распределение пор по размеру. Установлено, что средние размеры пор пузырей при указанных выше энергиях имплантации составляют 4 и 8 нм соответственно.

С. В. Павлов

Предложена феноменологическая модель структурных фазовых переходов в двойном вольфрамате рубидия-диспрозия. Модель построена методами эквивариантной теории катастроф. Рассчитана теоретическая температурная зависимость теплоемкости вблизи фазовых переходов при температурах T1 = 9 K и T2 = 4,9 K. Сопоставление с экспериментальными данными показало удовлетворительное качественное соответствие. В рамках предложенной модели низкотемпературный фазовый пеиреход может быть интерпретирован как изоморфный.

Н.И.Бабенко, А.В.Дмитриев

Теоретически исследованы термоэлектрические свойства сильно легированного PbTe p-типа в интервале температур от 300 до 900\,К. Расчёты основаны на трёхзонной модели спектра PbTe, которая учитывает вклады в транспорт электронов и лёгких дырок в L-экстремумах и тяжёлых дырок в $\Sigma$-экстремумах. На основе кинетического уравнения Больцмана найден полный набор кинетических характеристик материала, включающий электро- и теплопроводности, коэффициент Зеебека и термоэлектрическую добротность $ZT$. Все вычисленные термоэлектрические величины хорошо согласуются с имеющимися экспериментальными данными во всём диапазоне 300--900\,К. Расчёт воспроизводит значительное возрастание $ZT$ до величины около 1.2, обнаруженное недавно в сильно легированных образцах p-PbTe.

Н.И.Бабенко, А.В.Дмитриев

Теоретически исследованы термоэлектрические свойства сильно легированного PbTe p-типа в интервале температур от 300 до 900\,К. Расчёты основаны на трёхзонной модели спектра PbTe, которая учитывает вклады в транспорт электронов и лёгких дырок в L-экстремумах и тяжёлых дырок в $\Sigma$-экстремумах. Термоэлектрические величины оказались очень чувствительны к параметрам зоны тяжёлых дырок. Наилучшее согласие с экспериментом достигается при $m_{hh}=5m_0$ и $E_{g \Sigma} = 0.5$\,эВ, когда все вычисленные кинетические коэффициенты и термоэлектрические величины хорошо согласуются с имеющимися экспериментальными данными во всём диапазоне 300--900\,К. Расчёт воспроизводит значительное возрастание $ZT$ до величины около 1.2, обнаруженное недавно в сильно легированных образцах p-PbTe. Оказалось, что наибольшее значение $ZT$ соответствует той температуре, при которой вершины зон лёгких и тяжёлых дырок совпадают по энергии, так что в валентной зоне возникает наиболее резкая особенность плотности состояний.

Influence of Fuel ratio in D-3He/ST fusion power reactor

Fereshte Fadaei

‎The effect of different fuel ratio f3 (the ratio between the 3He and D densities) on D-3He fusion reaction in spherical tokamak has been considered‎. ‎By solving the zero dimensional particle and power equations numerically the temporal evolution plasma parameters such as the fusion power‎, ‎synchrotron power and radiation power for different fuel ratios are calculated and compared to each others‎.

On Neutrino Masses and Extra Dimensions

S. Ennadifi

Motivated by the extra-dimensional propagation idea, we consider, in a general way, an effective higher-dimensional model for neutrinos where the shape of the compactified extra dimensions determines the observed neutrino masses in ordinary four-dimensional spacetime.

Validation study of the reactor physics lattice transport code DRAGON5 based on DRAGLIB libraries by TRX and BAPL critical experiments of light water reactors for neutronic analysis of TRIGA MARK-II Research Reactor

O. Jaï$^1$, O. Hajjaji$^{1,3}$, A. Hébert$^2$, T. E. Bardouni$^1$, A. Didi$^3$

The objective of this analysis is to present the validation study of the latest release of the reactor physics lattice transport code DRAGON5 by TRX and BAPL critical experiments of light water reactors for neutrons calculations of Moroccan 2 MW TRIGA MARK-II research reactor. This study is accomplished through the analysis of integral parameters of five light water reactor critical experiments TRX-1, TRX-2, BAPL-UO2-1, BAPL-UO2-2 and BAPL-UO2-3 based on the Open-source Draglibs nuclear data libraries ENDF/B-VII.1 and JEFF-3.1.2. These experiments are being considered as standard benchmarks lattices for testing and validating the reactor physics lattice transport code DRAGON5 as well as nuclear data libraries. The integral parameters - and - of the said lattices are calculated using the reactor physics lattice transport code DRAGON5 at a room temperature and compared to measured values as well as the Monte Carlo values based on the Chinese evaluated nuclear data library CENDL-3.0. It was found that the results calculated show good agreement with the experiment and the MCNP results. Therefore, this study reflects the validation, the adequacy and the accuracy of the reactor physics lattice transport code DRAGON5 based on the Open-source Draglibs nuclear data libraries ENDF/B-VII.0.1 and JEFF 3.1.2 evaluation with SHEM-295 group-structure and can also be important to execute neutronic analysis of thermal reactor such as the Moroccan 2 MW TRIGA MARK-II research reactor at CENM, achieved initial criticality on May 2, 2007.

Г. А. Жарик, С. А. Дагесян, Е. С. Солдатов, Д. Е. Преснов, В. А. Крупенин

Разработан метод изготовления предельно малых металлических наноструктур с использованием коммерчески доступного низкомолекулярного полистирола в качестве негативного резиста для электронной литографии, наносимого методом термического испарения. Метод позволяет формировать структуры с высоким ($5\div10\,\text{нм}$) пространственным разрешением на поверхности произвольной формы и демонстрирует высокий процент выхода годных образцов. Разработаны технологические процессы и приведены их параметры для изготовления массивов параллельных полосок, точек, сходящихся электродов и электродов с нанозазорами. Продемонстрирована возможность создания наноструктур на острие кантилевера сканирующего зондового микроскопа.

Dosimetry investigation and evaluation for removing flattening filter configuration of linac : Monte Carlo study

M. Bencheikh, A. Maghnouj, J. Tajmouati, A. Didi

Monte Carlo model for photon beam output from Varian Clinac 2100 linear accelerator was validated by comparison of calculated PDD and dose profiles to measurements. Monte Carlo calculation method is considered to be the most accurate method for dose calculation in radiotherapy physics. The objective of this study is to build a Monte Carlo geometry of Varian Clinac 2100 linear accelerator as realistically as possible and then to investigate the removing of flattening filter impact on dosimetry. Monte Carlo codes used in this work were BEAMnrc code to simulate photons beam and DOSXYZnrc code to examinate absorbed dose in water phantom. PDDs and beam profiles were calculated for 6×6 cm2 and 10×10 cm2 field sizes. Good agreement was found between calculated PDD and beam profile compared to measurements. Gamma index acceptance rate was more than 98% of both distribution comparisons PDDs and dose profiles and our results were more developed and accurate. Varian Clinac 2100 linear accelerator was accurately modeled using Mote Carlo codes: BEAMnrc, DOSXYZnrc and BEAMDP codes package. Varian Clinac 2100 with removing flattening filer could increase the dose by a gain was approximately 80% for 6×6 cm2 field size and it was approximately 110% for 10×10 cm2 at the build-up dose region but for all depth in water phantom, the dose of without FF configuration of linac was increased by more than 40% of dose of with FF configuration of linac. Monte Carlo model for photon beam output from Varian Clinac 2100 linear accelerator was validated by comparison of calculated PDD and dose profiles to measurements. Monte Carlo calculation method is considered to be the most accurate method for dose calculation in radiotherapy physics. The objective of this study is to build a Monte Carlo geometry of Varian Clinac 2100 linear accelerator as realistically as possible and then to investigate the removing of flattening filter impact on dosimetry. Monte Carlo codes used in this work were BEAMnrc code to simulate photons beam and DOSXYZnrc code to examinate absorbed dose in water phantom. PDDs and beam profiles were calculated for 6×6 cm2 and 10×10 cm2 field sizes. Good agreement was found between calculated PDD and beam profile compared to measurements. Gamma index acceptance rate was more than 98% of both distribution comparisons PDDs and dose profiles and our results were more developed and accurate. Varian Clinac 2100 linear accelerator was accurately modeled using Mote Carlo codes: BEAMnrc, DOSXYZnrc and BEAMDP codes package. Varian Clinac 2100 with removing flattening filer could increase the dose by a gain was approximately 80% for 6×6 cm2 field size and it was approximately 110% for 10×10 cm2 at the build-up dose region but for all depth in water phantom, the dose of without FF configuration of linac was increased by more than 40% of dose of with FF configuration of linac.

Relative attenuation and beam softening investigation with flattening filter volume reduction: Monte Carlo study using BEAMnrc code, DOSXYZnrc code and BEAMDP code

M. Bencheikh, A. Maghnouj, J. Tajmouati

The flattening filter (FF) volume reduction increases the clinical photons for deep tumor treatment increasing. The beam softening determination is essential for flattening filter improvement in geometry shape and materials. Determination and understanding the photon beam properties using material and geometry of a beam modifier is very important for dosimetry improvement in radiotherapy department and also for patient life quality development. This Monte Carlo study aims to investigate the relative attenuation and associated beam softening due to flattening filter volume reduction. The FF volume was reduced by 10 %, 20% and 30% of the initial volume data provided by the manufacturer. The relative attenuation and beam softening coefficients increased with FF volume reduction more near the beam central axis than the beam edge. We have illustrated that relative photon beam softening coefficient v was more stable than the coefficient u as a function of off-axis distance and with FF volume reduction. For increasing the photon fluence and dose delivered inside the phantom volume as mentioned in IAEA protocols, the FF volume should be reduced more near the FF top region than the FF edge region. Our work can be a basic investigation that will be used in improvement for the future linac configuration in terms of photon beam softening for material, geometry, and volume that were used in beam modifiers as a flattening filter.

Possibility to reduce flattening filter volume for increasing clinical photons: Monte Carlo study

M. Bencheikh$^1$, A. Maghnouj$^1$, J. Tajmouati$^1$, A. Lamrabet$^1$, Y. Benkhouya$^2$

Increasing dose for improved radiotherapy efficiency is essential for linear accelerator development and also for flattening filter geometry and material enhancement. Determination and understanding the photon beam properties using material and geometry of a beam modifier is very important in radiotherapy department and also for high patient life quality. This Monte Carlo study aims to improve the FF in a linac for increasing the photon number at the entrance of treatment volume tumor and the dose delivered inside the treatment volume as recommended by the IAEA protocols. The aim of this study was to check out the possibility to reduce the flattening filter volume for improving the clinical photons at phantom surface. We have studied photon attenuation coefficients and beam softening coefficients with FF volume reduction. The FF volume was reduced by 10%, 20% and 30% of initial FF volume. The photon fluence increased with FF volume reduction near the beam central axis than the beam edge and the beam softening coefficients remained apparently invariable with FF volume reduction as a function of off-axis distance. Our work can be a basic study that will be used in research and improvement for future linac configuration in terms of photon attenuation and beam softening for a material, geometry and volume that were used for finding out good flattening and good softening to produce an optimal delivered dose as recommended by IAEA.

Geant4/GATE Monte Carlo code for internal dosimetry using voxelized phantom

S. Kaddouch, N. El khayati

It is of great interest to estimate absorbed doses in organs before radiation therapy, especially in nuclear medicine field. In this regard, the internal dose distribution is required. According to the MIRD formalism, Specific Absorbed Fraction (SAF) is an essential parameter for internal dosimetry. In the present work, SAF values for the voxelized phantom (Golem) of the GSF-National Research Center for Environment and Health were calculated using Geant4/GATE with Standard packages and compared with GSF Monte Carlo reference data. Photon irradiations of 30 keV, 100 keV and 1 MeV energy were simulated in eleven different sources and target organs: liver, kidneys, lungs, brain, pancreas, spleen, colon, Red bone marrow (RBM), stomach, thyroid and adrenals. The SAF for self-absorption and for cross-irradiation to other organs were calculated and compared with literature. The results agree with published data, with an average relative difference less than 3%, for the self-absorption of 100 keV and 1 MeV photon energies. The agreement of Geant4/GATE and GSF code might depend on the distance between target and source, the target mass and the photons energy. Generally, the present results indicate that GATE might be used with gamma emitters for internal dosimetry in regard to our prospective works.

И. А. Знаменская$^1$, Е. Ю. Коротеева$^1$, А. В. Хахалин$^1$, В. В. Шишаков$^1$, С. А. Исайчев$^2$, А. М. Черноризов$^2$

Описаны принципы визуализации и анализа тепловых полей, формируемых различными физиологическими процессами на лице человека и в окружающем пространстве. На основе инфракрасной термографии с высоким временным и пространственным разрешением исследованы динамические характеристики таких полей и проанализирована возможность их использования для количественного анализа психофизиологических показателей личности. Разработан и протестирован программный модуль для сопоставления изображения с видеокамеры и тепловизионной камеры. Предложена технология комплексной регистрации и анализа активности центральной и периферической нервной системы с использованием тепловизора на основе трех типов динамических тепловых полей в области лица: выдыхаемые газы; пульсации кровеносной системы; динамика потовыделения.

А.Н. Боголюбов, А.Н. Грушинский, М.И. Светкин

Рассматривается двумерная задача конвекции в мантии Земли при наличии подвижного плавающего континента. На примере этой задачи рассматривается возможность применения аппарата R-функций для решения краевых задач нестандартной геометрии.

М.И. Васильев, В.И. Денисов, А.В. Козарь, П.А. Томази-Вшивцева

Проведен расчет нелинейного воздействия поля электрического диполя на распространение электромагнитных волн в эйкональном приближении параметризованной постмаксвелловской электродинамики вакуума. Вычислены углы нелинейно - электродинамического искривления лучей, по которым происходит распространение электромагнитного импульса, и разности времен распространения нормальных волн от источника электромагнитного излучения до приемника.

А.А. Квас, Н.Т. Левашова, А.К.Сальник

Исследуется решение с внутренним переходным слоем одномерной краевой задачи для стационарного дифференциального уравнения типа реакция-адвекция-диффузия, возникающей при математическом моделировании явлений переноса в приповерхностном слое атмосферы в случае неоднородной растительности в предположении изотропности пространства вдоль одной из горизонтальных осей при условии нейтральной атмосферной стратификации. В работе приведены параметры модели, при которых краевая задача имеет устойчивое стационарное решение с внутренним переходным слоем, локализованным вблизи границы раздела различных типов растительности, доказано существование, локальная устойчивость по Ляпунову и локальная единственность этого решения. Результаты работы могут быть использованы при разработке многомерных моделей переноса в случае пространственной неоднородности.

Н. Э. Смирнов

Показано, что в сплошной среде с винтовыми дислокациями, ориентированными преимущественно вдоль одной оси, скорость вращения плоскости поляризации электромагнитной волны при ее распространении в направлении, перпендикулярном этой оси, во много раз превышает скорость её вращения при распространении вдоль оси. Определены условия, при которых для заданного тензора плотности дислокаций скорость вращения плоскости поляризации электромагнитной волны максимальна.

У. Юсупалиев, Н.Н. Сысоев, С.А. Шутеев, С.Т. Белякин

Предложена модель схождения сильных цилиндрических ударных волн (УВ) в газе с однородной плотностью. Дифференциальные уравнения с частными производными этой модели сведены к обыкновенным дифференциальным уравнениям, из которых оп-ределен закон схождения таких УВ и зависимость их показателя автомодельности  от эффективных показателей адиабаты газа перед () и за фронтами (eff) УВ:  =f(, eff). Показано, что эта зависимость для цилиндрических УВ в пределах ошибки изме-рений согласуется с опытными данными

Ю. В. Владимирова, В. Н. Задков

Исследованы диаграмма направленности излучения и поляризация ближнего поля сфероидальной металлической наночастицы, расположенной над кремниевой подложкой, в случае взаимодействия системы с линейно и циркулярно поляризованным полем. Показано, что по сравнению с симметричной диаграммой направленности сфероидальной частицы в сободном пространстве, диаграмма направленности частицы вблизи кремниевой подложки становится сильно несимметричной и преобладает рассеяние вперед. Изучено изменение поляризации ближнего поля наночастицы в присутствии подложки для разных значений длин волн вблизи плазмонного резонанса. Поляризация ближнего поля описывается при помощи обобщенных параметров Стокса, позволяющих осуществить наглядную визуализацию результатов.

Н.Н. Володичев, Е.А. Сигаева

22 июля 1990г на Памире во время солнечного затмения было обнаружено резкое возрастание потока тепловых нейтронов вторичного космического излучения, идущего от Земли. В последующие годы такие явления наблюдались во время каждого новолуния и каждого полнолуния. Во время новолуний и полнолуний лунный и солнечный приливы складываются и тогда суммарный прилив бывает особенно высоким. Приливные силы вместе с тем могут являться спусковым механизмом для высвобождения глубинной сейсмической энергии в том или ином районе Земли. В связи с этим наше внимание было привлечено к поиску корреляции времени появления землетрясений и фаз новолуний и полнолуний, что может привести к возникновению нового типа предвестников возрастания сейсмоактивности. Такая корреляция была найдена в Тихоокеансксм сейсмическом кольце и в прилежащих к нему районах на широтах более 40ºN и более 10ºS. В работе сообщается о результатах измерения потока тепловых нейтронов от поверхности Земли в горах Западного Памира на поляне Москвина на высоте 4200м над уровнем моря с 1 по 14 августа 1994г. Измерения проводились в дневное время. Эти дни были спокойными с точки зрения гелиофизической, геофизической и погодной обстановки. При таких условиях интенсивность нейтронов вторичного космического излучения на поляне Москвина в это время должна была быть практически постоянной. Тем не менее, с 1 по 14 августа 1994г мы наблюдаем изменения скорости счета нейтронов в течение дня в два и более раз. Перечисленные обстоятельства исключают возможность объяснения этих всплесков известными внеземными факторами. В представляемой работе показывается, что наблюдаемые возрастания интенсивности нейтронов вызваны лунными и солнечными приливами. Полученные результаты подтверждают роль приливных сил в образовании потоков нейтронов от земной поверхности. В работе использовался Астрономический ежегодник Российской Академии Наук за 1994год.

М. В. Подзолко

В данной работе моделируется опасность одиночных сбоев от космических частиц для компьютерной памяти с коррекции ошибок на борту космических аппаратов. Дано краткое описание существующих механизмов обнаружения и коррекции ошибок в памяти. Приведены формулы для расчёта вероятности возникновения >1, 2 и т. д. ошибок хотя бы в одном блоке памяти. Рассчитаны значения вероятности «неисправляемых» сбоев для конкретных условий полёта КА для некоторых микросхем.

К.А. Семенцов, М.А. Носов, С.В. Колесов, Ю. Ву

Описан численный эксперимент по воспроизведению процесса генерации свободных гравитационных волн в океане пробегающими по дну низкочастотными поверхностными сейсмическими волнами. Динамика движения дна восстановлена на основе реальных записей GPS-станций, выполненных во время катастрофического землетрясения Тохоку 11 марта 2011 г. Результаты численного моделирования показывают, что ключевую роль в генерации свободных гравитационных волн играют горизонтальные колебания подводных склонов.

В.И. Захаров, Ю.В. Ясюкевич, Н.С. Носикова

В работе проведен статистический анализ распределения скорости изменения ПЭС для различных наборов из около 400 станций сети IGS, расположенных в высоких (около 200 станций), средних (свыше 100) и экваториальных широтах (свыше 100 станций соответственно). Рассмотерение проведено для полных 2010 и 2014 г., т.е. в различных гео- гелиофизических условиях, фазах минимума и практического максимума 24 солнечного цикла. Целью анализа является экспериментальное нахождение порогового значения величины скачнов ПЭС, связанного с хвостами исследуемых распределений при заданном физически адекватном уровне значимости. Получено, что величина порога, с которого измерямые величины могут считаться статистическим шумом, зависит от широты региона наблюдения. Максимальным порог является для арктического региона, а минимальным – для экваториальной группы станций.

А. В. Белинский

Проведены расчеты, согласно которым измерения, проведенные по схеме, предложенной в комментируемой работе, до и после коллапса вектора состояния не отличаются друг от друга.