Выпуск 6, 2018

Monte Carlo Transport Code Using for Optimization of Spallation Target

A. Didi, M. Bencheikh, H. El Bekkouri, A. Dadouch, F. Moussahim, F. Bouhali

In the last years, spallation reactions have increasing in several works and research applications. They are applied as optimum neutron sources investigations, or for energy production and nuclear-waste transmutation in accelerator-driven systems. In this paper, a series of Monte Carlo calculations using the MCNP-6 code were performed to calculate, identify the behavior and number of proton-produced neutrons and photons. The proton beam is isotropic, this initial position marked by (0.0.0), varies along the Z axis by a step of 1 cm (from the lower face to the upper face of the target), with 1.4 GeV energy and they are bombarding cylindrical targets of height 75 cm in diameter 34.4 cm of natural uranium (solid) and natural Mercury (liquid).

Monte Carlo Transport Code Using For Spallation Yield of Neutrons Produced in Tungsten and Bismuth Target Bombarded with 0.1 GeV to 3 GeV Proton Beam

A. Didi$^1$, A. Dadouch$^1$, M. Bencheikh$^1$, H. El Bekkouri$^1$, J. Tajmouati$^1$, A. Maghnouj$^1$, O. Jai$^2$

In this paper, we investigated a system, is composed of a natural Tungsten and Bismuth cylindrical targets. The target has been optimized to produce the maximum of neutrons yield with a diameter of 20 cm and varying height from 10 to 80 cm. The target is bombarded with a high-intensity accelerator by a 0.1 GeV to 3 GeV proton beam. The protons are assumed uniformly distributed across the beam of diameter 2 cm. In this work, we have used Monte Carlo method by using MCNP-6 code to simulate spallation neutron yield, neutron spectrum and distribution of the spallation neutrons coming out of the target and spallation neutron production spectra in the target region. According to the results approving using several simulations for two targets Tungsten and Bismuth, the difference of spallation neutron yield increases by 8.92 % using a Bismuth target and for some Beam energy 3 GeV.

Л. Ю. Овчинникова$^{1,2}$, В. И. Шведунов$^{1,2}$

Выполнен расчёт динамики пучка электронов в линейном ускорителе C--диапазона, источнике тормозного излучения с граничной энергией, переключаемой между значениями 2.5~МэВ и 6~МэВ, предназначенном для стереотаксической и трёхмерной конформной лучевой терапии в статическом и ротационном режиме.

О. В. Беспалова

Выполнен расчет эволюции одночастичных характеристик изотонов с N = 28 при приближении к нейтронной границе стабильности в дисперсионной оптической модели.. Согласно расчету частично-дырочная щель N = 28 резко уменьшается с увеличением нейтронного избытка так, что на границе нейтронной стабильности состояния 1f$_{7/2}$, 2p$_{3/2}$ и 2p$_{1/2}$ становятся практически вырожденными с вероятностью заполнения, близкой к 0.5. Вырождение этих состояний является одной из причин деформации нейтронно-избыточных изотонов с N= 28 благодаря эффекту Яна-Теллера.

Empirical law to evaluate the skin dose with photon beam energy and irradiation field size

M. Bencheikh$^1$, A. Didi$^1$, A. Maghnouj$^1$, J. Tajmouati$^1$, Y. Benkhouya$^{2,3}$, S. El Ouahdani$^4$

The objective of this study is to evaluate mathematically an empirical law governs the skin dose with photon beam energy and irradiation field size based on experiment data of dose distributions. The dose distributions were expressed on percentage depth dose (PDD). The measurements of PDDs were done as a function of irradiation field size with an uncertainty of 2% as recommended by IAEA protocols. The skin dose corresponds to PDD at depth of 0 mm for photon beam energy of 6 MV and 18 MV. For these both photon beam energies, the skin dose increased linearly with irradiation field size and the skin dose rate decreased in power law as a function of irradiation field size with mathematical error under to 10 %. This law allows us to predict the skin dose with irradiation field size for high radiotherapy quality and high protection of organ at risks.

Н. Н. Нефедов, Н. Т. Левашова, А. О. Орлов

В работе рассматривается задача об асимптотической устойчивости стационарного решения с внутренним переходным слоем одномерного уравнения реакция-диффузия. Особенностью рассматриваемой задачи является разрыв (первого рода) реактивного слагаемого (источника) в некоторой внутренней точке отрезка, на котором поставлена задача, в результате чего решения обладают большими градиентами в узком переходном слое вблизи границы раздела. В работе получены условия существования, локальной единственности и асимптотической устойчивости решения с таким внутренним переходным слоем. Для доказательства использован асимптотический метод дифференциальных неравенств. Полученные условия существования и устойчивости решения следует принимать во внимание при создании адекватных моделей, описывающих явления в средах с разрывными характеристиками. Результаты работы можно использовать для разработки эффективных методов численного решения дифференциальных уравнений с разрывными коэффициентами.

Н. Э. Смирнов

Получено выражение для эффективного электрического заряда, приходящегося на единицу длины дислокации. Показано, что электрический поляризационный заряд воз- никает при взаимодействии электрического поля только с краевыми компонентами дис- локаций. Было получено выражение для силы, действующей на дислокацию в элек- трическом поле, и показано, что в экспериментах определяющую роль должна играть проекция этой силы на плоскость скольжения дислокации.

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

Предложена математическая модель бесконечного волновода постоянного прямоугольного сечения с потерями в стенках, описываемыми граничными условиями Щукина-Леонтовича. Для расчета волновода применен неполный метод Галеркина. В качестве базиса использован стандартный базис для волновода с идеально проводящими стенками, дополненный функциями, позволяющими точно выполнить граничные условия. Рассчитаны собственные моды волновода в терагерцовом диапазоне, строятся дисперсионные характеристики.

А. А. Быков, К. Е. Ермакова

Найдено семейство точных решений квазилинейного эволюционного уравнения, описывающего процесс реакции--диффузии в среде с бесконечным порядком вырождения двух крайних корней функции плотности источников. Построены несколько членов формального асимптотического ряда для решения типа контрастной структуры, представляющего решение начально-краевой задачи в пространственно однородной среде для случая гауссовой функции плотности источников в окрестности крайних корней. Дано обоснование корректности частичной суммы асимптотического ряда с использованием метода дифференциальных неравенств. Показано, что передний участок перемещающегося фронта контрастной структуры имеет экспоненциальный характер, задняя часть фронта представлена значительно более медленно убывающей функцией, которая для гауссовой функции плотности источников выражается через степенную функцию от логарифма координаты.

В. М. Четвериков

Рассмотрена модель описания распределения намагниченности по толщине пленки ферромагнитного полупроводника. Включение постоянного электрического поля перпендикулярного поверхности пленки позволяет изменять точку Кюри. Полученные формулы определяют зависимость этого распределения от значений физических параметров пленки

А. А. Карабутов$^1$, Ю. Г. Соколовская$^2$

Предложен и реализован лазерный оптико-акустический метод, позволяющий определять объемную концентрацию полимерного связующего и углеродного наполнителя в углепластиковых композитных материалах. Исследовались композиты, изготовленные методом вакуумной инфузии. Измерены объемные концентрации эпоксидной матрицы для серии углепластиковых образцов. Показано, что в полученных образцах имеются области с избытком и с недостатком эпоксидной смолы. Разработанная методика может быть использована как для тестирования контрольных образцов, так и для контроля реальных композитных конструкций.

А. В. Тихонравов$^1$, И. В. Кочиков$^1$, И. А. Матвиенко$^2$, С. А. Шарапова$^1$, А. Г. Ягола$^2$

В работе вводится оценка степени корреляции ошибок в толщинах слоев при широкополосном оптическом контроле процесса напыления оптических покрытий. Показано, что сильный эффект самокомпенсации ошибок напыления проявляется в случае сильной корреляции ошибок в толщинах слоев. Вводится оценка силы данного эффекта. Полученные теоретические выводы подтверждаются сравнением с практическими результатами напыления, демонстрирующими наличие сильного эффекта самокомпенсации ошибок.

Д. А. Хунджуа$^1$, В. И. Южаков$^1$, Б. Н. Корватовский$^2$, В. З. Пащенко$^2$, Л. С. Кулябко$^3$, К. А. Кыдралиева$^3$, С. В. Пацаева$^1$

Исследование взаимодействия гуминовых веществ (ГВ) с ионами железа представляет интерес с точки зрения изучения путей миграции и концентрации элементов в природных водах, для практического использования гуминовых веществ в качестве сорбента, а также при решении задач экологического мониторинга. В работе изучены изменения спектрально-люминесцентных свойств и кинетики флуоресценции гуминовых кислот (ГК) в воде при добавлении различной концентрации растворов хлорида железа, хлорида аммония и при изменении рН раствора. Сделаны выводы по влиянию концентрации ГК, концентрации солей железа и рН раствора на взаимодействие ионов трехвалентного железа с ГК.

А. В. Козарь

Получены и проанализированы простые аналитические соотношения устанавливающие связь между структурными свойствами апериодических тонкослойных структур и фазовой компонентой коэффициента отражения. Введено понятие и определена аналитически эффективная оптическая толщина апериодической структуры. Для анализа волновых свойств апериодических тонкослойных структур со слабой пространственной неоднородностью показателя преломления предложена в качестве эквивалентной двухслойная тонкослойная модель, позволяющая существенно упростить аналитические соотношения для анализа волновых свойств рассматриваемого класса многослойных структур. Правомерность полученных результатов проиллюстрирована на примере численного эксперимента.

И. Г. Шпаченко$^1$, Н. Н. Брандт$^1$, А. Ю. Чикишев$^2$

Измерение спектров ИК поглощения часто проводятся в геометрии нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО). В такой конфигурации наиболее удобно проводить измерения жидких образцов, поскольку они не требуют прижима к поверхности кристалла НПВО. В настоящей работе были обнаружены спектральные изменения, происходящие с жидкостями в процессе измерений. Показано, что в растворах за время измерения спектров помимо существенного изменения концентраций компонент может происходить перераспределение компонентов раствора вблизи кристалла НПВО так, что образец становится неоднородным.

Н. Д. Гаврилова, И. А. Малышкина

Связанная и свободная вода присутствуют в большом разнообразии твердых тел – монокристаллах, полимерах, биополимерах, а также в средах с сеткой водородных связей как у воды (длиной 2.7$\pm$0.1 Å). Некоторые объекты при внешних воздействиях ведут себя как системы двух компонент (открытая система) и проявляют аномальное изменение свойств при тех же температурах, что и свободная вода. В работе представлены результаты изучения температурного поведения диэлектрической проницаемости, проводимости, времени релаксации проводимости некоторых гидрофильных полимеров, кристаллогидратов, а также сегнетоэлектриков. Анализ полученных результатов показал наличие температурных аномалий выбранных свойств в окрестностях 20, 35, 50, 65-75 и вблизи 100оС, которые являются «особыми» температурами для воды: в районе температур 20, 35, 50 происходит деструкция кластеров молекул Н2О, а при более высоких температурах – переход структурированной воды в свободное состояние. Возможно, что дискретный характер размытых температурных максимумов свойств обусловлен в системе «матрица-вода» наличием дискретных уровней энергии протонов, которые при ступенчатом нагреве (медленная кинетика) приводит к перестройке или деструкции сетки водородных связей ОН…О, а также перезаселению уровней протонов в двухминимумном потенциале, освобождение глубоких ловушек, изменению набора носителей тока, их подвижности и траектории транспорта по объему образца.

Р. В. Захаров$^{1,2}$, В. В. Шорохов$^{1,5}$, А. С. Трифонов$^{2,5,6}$, Р. Б. Васильев$^{3,4}$

Разработана квазиодномерная аналитическая модель электронного переноса в системе игла сканирующего туннельного микроскопа, нанокристалл тетрапода CdTe/CdSe, кристаллическая подложка. На основе разработанной модели исследовано влияние концентрации носителей заряда в тетраподе, его зонной структуры, геометрии и пространственной ориентации относительно подложки на вольт-амперные характеристики. Путем численного моделирования определены основные классы вольт-амперных характеристик, которые могут быть измерены в эксперименте. Определенные таким образом классы вольт-амперных характеристик непосредственно связаны с пространственной ориентацией тетраподов и их размерами. На основе сделанной классификации вольт-амперных характеристик из массива ранее измеренных характеристик выделены те, которые соответствуют транспорту электронов через тетрапод с иглы сканирующего туннельного микроскопа в подложку. Путем сопоставления численно рассчитанных характеристик к экспериментальным характеристикам определены параметры разработанной модели, которые дают наилучшее совпадение.

Л. А. Иванов, В. И. Козлов, И. С. Терёшина

Образцы сплавов Fe-B были изготовлены закалкой расплава с использованием вращающегося медного диска и аттестованы с помощью рентгенофазового анализа. Установлено, что часть сплавов имеет аморфную структуру. В аморфных лентах системы Fe-B обнаружены гиромагнитные эффекты, сменяющие друг друга по мере изменения температуры образца. Наблюдаемые особенности проинтерпретированы с использованием магнитометрических исследований.

А. В. Дмитриев

Теоретически исследованы термоэлектрические свойства p-PbTe при уровне акцепторного легирования 5х10$^{19}$ – 4x10$^{20}$ см$^{−3}$ в диапазоне температуры от 300 до 900 К. В расчётах использована трёхзонная модель электронного энергетического спектра PbTe, которая включает не только зоны лёгких электронов и дырок в L-точках зоны Бриллюэна, но и зону тяжёлых дырок с экстремумами в 6-точках. Тяжёлая 6-зона играет важную роль в увеличении термоэлектрической эффективности данного материала при высоких концентрациях акцепторов. Рассчитанные значения термоэлектрических характеристик оказались весьма чувствительны к уровню легирования. Вычисления показали возрастание термоэлектрической эффективности с ростом уровня легирования до значения ZT≈ 1, 3 при 900 К. Максимум ZT наблюдается вблизи той температуры, при которой вершины зон тяжёлых и лёгких дырок совпадают по энергии и образуется резкая особенность плотности состояний в валентной зоне, а энергия Ферми располагается недалеко от этой особенности.

Ю. В. Владимирова$^{1,2}$, А. Л. Маннанов$^1$, В. Н. Задков$^{1,3,4}$, Ф. -. Сонг$^5$

Исследовано влияние сферических наночастиц SiO$_2$ размерами 20,50, 80 нм, внедренных в буферный слой PEDOT:PSS, на эффективность работы органических солнечных элементов (ОСЭ ) на основе звездообразных олигомеров. Выполнено измерение и анализ вольтамперных характеристик полученных образцов, спектров поглощения образцов и исследование морфологии поверхности буферного слоя с внедренными наночастицами. Показано, что увеличение КПД ОСЭ происходит в случае внедрения наночастиц диаметром 20 и 50 нм и слабо зависит от концентрации наночастиц в слое.

М. И. Панасюк, М. В. Подзолко, В. В. Калегаев, А. С. Ковтюх, Н. В. Кузнецов, В. И. Оседло, В. Л. Петров, Е. П. Попова, И. А. Рубинштейн, С. И. Свертилов, В. И. Тулупов, И. В. Яшин, Е. П. Попова

В статье рассматривается задача оперативного мониторинга радиационных условий в околоземном пространстве, являющаяся частью разрабатываемого в МГУ проекта группировки малых спутников «Универсат-СОКРАТ». Определяется научный подход к реализации этой задачи, обосновывается выбор орбит и пространственной ориентации спутников и конфигурации детекторов энергичных заряженных частиц с учётом других зада, решаемых проектируемой спутниковой группировкой.

И. В. Фомин

Целью настоящей работы является рассмотрение космологических моделей содержащих два скалярных поля. Одно поле является инфлатоном, второе представляет собой источник наблюдаемого ускоренного расширения Вселенной в настоящее время. Рассматриваемой в работе модели ставится в соответствие киральная космологическая модель, для которой определена метрика внутреннего пространства полей.

М. А. Носов, С. В. Колесов, Г. Н. Нурисламова, А. В. Большакова

Методом численного моделирования исследуются особенности динамики слабых волн цунами, вызванных глубокофокусным Охотоморским землетрясением 24.05.2013. Установлено, что обширная область косейсмических деформаций в сочетании с небольшими глубинами Охотского моря и высокими широтами создали благоприятные условия для проявления эффектов вращения Земли в динамике Охотоморского цунами 2013 г. Путем сопоставления результатов расчетов, выполненных с учетом и без учета силы Кориолиса, показано, что вращение Земли оказывает существенное влияние на волновое поле, изменяя волновые формы и распределение максимальных амплитуд.

Д. А. Сергеев$^1$, О. А. Дружинин$^1$, М. И. Вдовин$^1$, Ю. И. Троицкая$^1$, В. Тсай$^2$

Целью настоящей работы является проведение лабораторного и прямого численного моделирования (DNS) турбулентного ветрового потока над водной поверхностью в условиях устойчивой стратификации воздушного пограничного слоя. Лабораторный и численный эксперименты проводились при одинаковых балковых числах Рейнольдса (Re) и Ричардсона (Ri), что позволило впервые напрямую сравнить результаты измерений и расчета. В лабораторном эксперименте, выполнявшемся на Ветро-Волновом канале (ВВК) Большого Термостратифицированного бассейне (БТСБ) ИПФ РАН, была достигнута разница температуры между воздухом и водой до 20 K, при относительно низкой скорости ветра (до 3 м/с). Это позволило реализовать сильную устойчивую стратификацию с балковым Ri до 0.04. Скорость воздушного потока измерялась как контактным способом (трубка Пито), так и методом, основанным на визуализации потока - Particle Image Velocimetry (PIV). Также, параллельно измерялась температура воздушного потока при помощи контактного датчика. Аналогичные балковые числа Re и Ri реализованы в DNS турбулентного течения Куэтта, которое моделирует приводный атмосферный погранслой с постоянным турбулентным потоком импульса. Средние профили скорости и температуры, полученные в лабораторном и численном экспериментах, хорошо согласуются друг с другом, а также хорошо описываются в рамках теории подобия Монина-Обухова. Результаты эксперимента свидетельствуют о том, что хотя достаточно сильная стратификация и допускает статистически стационарный турбулентный режим, но приводит к резкому уменьшению потоков импульса и тепла. Для данного режима продемонстрировано, что турбулентное число ReL для погранслоя (основанное на масштабе длины Обухова и скорости трения) удовлетворяет известному критерию, характеризующему стационарную турбулентность в условиях сильной стратификации.