Выпуск 5, 2021

Д. Д. Ружицкая$^1$, С. Б. Рыжиков$^2$, Ю. В. Рыжикова$^1$

В работе приводится обзор литературы, посвященный анализу особенностей моделей самоорганизации объектов дендритной формы. На основе теоретических исследований определены особенности скейлинга дендритных структур в световых полях, проявляющиеся в форме устойчивых локальных образований. Рассмотрены общие подходы к решению фундаментальной научной задачи, направленной на установление закономерностей, определяющих количественную связь между особенностями структуры дендритов и их спектральными характеристиками. Нахождение характеристик дендритов может использоваться при разработке новых диагностических средств их исследования.

О. С. Волкова, А. Н. Васильев

Катионы железа Fe$^{3+}$(S = 5/2) в неорганических соединениях, как правило, эффективно взаимодействуют между собой вдоль трех направлений, что исключает проявление корреляционных эффектов, связанных с ближним порядком. Некоторые системы, однако, где фрагменты, содержащие ионы Fe$^{3+}$, сильно удалены друг от друга за счет лигандов или других немагнитных катионов, сохраняют признаки низкоразмерного магнитного поведения как выше, так и ниже температуры магнитного упорядочения. В настоящем обзоре подобраны примеры железных соединений, которые могут быть отнесены к различным классам низкоразмерных магнетиков, включая магнитные кластеры - димеры Fe(Te$_{1.5}$Se$_{0.5}$)O$_5$Cl, магнитные цепочки Bi$_2$Fe(SeO$_3$)$_2$OCl$_3$, Fe$_2$O(SeO$_3$)$_2$, магнитные цепочки с разными спинами Na$_x$Fe$_7$(PO$_4$)$_6$ (\textit{x} = 0, 0.65), MCuFe$_2$(VO$_4$)$_3$ (M = Li, Na), магнитные двумерные плоскости с треугольным расположением магнитных ионов MFeO$_2$ (M = Ag$^+$, Cu$^+$), MFe(MoO$_4$)$_2$ (M = K$^+$, Rb$^+$, Cs$^+$, Tl$^+$), NaFe$_3$(HPO$_3$)$_2$((H,F)PO$_2$OH)$_6$.

Dosimetric Comparison of Radiation Therapy and Proton Therapy in Prostate Cancer Using the Monte Carlo Simulation Platform GEANT4

I. I. Ghazi$^1$, Z. Sobhy$^1$, m. M. Krim$^2$, O. Kaanouch$^{2,4}$, M. Tantaoui$^1$, A. Kartouni$^1$, J. Inchaouh$^1$, H. Chakir$^1$, S. Ouaskit$^3$

Prostate cancer is common cancer affecting the prostate, a gland in the male reproductive system. Cancer develops from the tissues of the prostate when cells there mutate and multiply out of control. These can then spread (metastasize) by migrating from the prostate to other parts of the body, especially the bones and lymph nodes in the pelvis. This type of cancer usually grows slowly, but it can be treated successfully using the different treatment techniques available today. Radiation Therapy and Proton Therapy remain among the most effective techniques for the treatment of prostate cancer, they destroy the cancer cells by blocking their ability to multiply. The main objective of our work is to model the male pelvic area in the form of a mathematical phantom with real dimensions using the Monte Carlo simulation platform GEANT4, to subsequently make a dosimetric comparison between track-structure technique for photon and condensed history technique for proton to find the most effective technique which allows the minimum doses to be deposited in the organs at risk.

В. И. Галкин$^1$, А. К. Манагадзе$^2$

В целях развития метода мюонной радиографии проведены модельные расчеты тестовых экспериментов по мюонной радиографии для нескольких конфигураций плотных структур в однородном грунте. Оценивается чувствительность метода и возможная роль статистических флуктуаций для рассмотренных случаев. Рассматривается количественный анализ данных в мюонной радиографии, что может быть использовано при планировании будущих экспериментов.

Д. Е. Любашевский

Дифференциальные сечения ${d\sigma _{nf,p}} \left(\theta\right/)d\Omega$ реакции деления неориентированных ядер-мишеней холодными поляризованными нейтронами с вылетом легких частиц ($p$), в качестве которых фигурируют предразрывные $\alpha$- частицы и испарительные нейтроны и $\gamma$-кванты, можно представить суммой сечения $d\sigma^{0} _{nf,p} \left(\theta\right)d\Omega$, отвечающего неполяризованным нейтронам, и сечения ${d\sigma}^{1}_{nf,p} \left(\theta\right)d\Omega$, линейно связанного с вектором поляризации нейтрона $\mathbf{\sigma}_n$. Последнее сечение выражается через сумму Р-четных Т-нечетных тройных $A\left(\boldsymbol\sigma_{n} \left[\mathbf{k}_{LF} ,\mathbf{k}_{p} \right]\right)$ и пятерных $B\left(\boldsymbol\sigma_{n} \left[\mathbf{k}_{LF} ,\mathbf{k}_{p} \right]\right)\left(\mathbf{k}_{LF} ,\mathbf{k}_{p} \right)$ скалярных корреляторов, знаки которых соответственно меняются и не меняются при преобразовании $\theta \to \pi -\theta $. При использовании экспериментальных сечений ${d\sigma _{nf,p} (\theta)/ d\Omega} $ и ${d\sigma _{nf,p}^{0} (\theta)/ d\Omega} $ были найдены экспериментальные значения рассмотренных выше корреляторов. В работе в рамках квантовой теории деления при учете Кориолисова взаимодействия полного спина составного делящегося ядра с орбитальными моментами фрагментов деления и предразрывных $\alpha$-частиц удалось удовлетворительно описать характеристики указанных экспериментальных корреляторов в случае вылета указанных $\alpha$-частиц и мгновенных нейтронов и $\gamma$-квантов для большинства рассматриваемых ядер-мишеней. Заметное несоответствие теоретических и экспериментальных характеристик наблюдается для тройного коррелятора только в случае $\alpha$-частиц для ядра-мишени $^{233}$U. Данное рассогласование, по-видимому, может быть связано с учетом дополнительного механизма появления подобных корреляторов, связанного с влиянием поперечных bending и wriggling - колебаний составного делящегося ядра в окрестности точки его разрыва на вылетающую из шейки указанного ядра $\alpha$- частицу.

Л. В. Титова

Показано, что экспериментальные энергетические характеристики вылетающих в тройном спонтанном и вынужденном делении ядер нейтронами длиннопробежных $\alpha$-частиц, рассматриваемых в качестве третьих частиц, позволяют допустить, что тройное деление ядер относится, наряду с исследованными ранее процессами двойного бета-распада и двухпротонного распада ядер, к классу двухступенчатых виртуальных ядерных распадов, в которых появляются состояния промежуточных ядер, лежащие вне массовой поверхности распада. На основе представлений квантовой теории деления и предложенного виртуального механизма тройного деления при учете, что $\alpha$-частица вылетает из шейки делящегося ядра в его конфигурации, предшествующей разрыву этого ядра на фрагменты деления, были рассчитаны ширины тройного деления и энергетические распределения α-частиц. Из сравнения указанных энергетических распределений с экспериментальными распределениями $\alpha$-частиц получена оценка радиуса шейки делящегося ядра для спонтанного тройного деления ядер $^{250,252}$Cf, $^{248}$Cm, а также для вынужденного тройного деления ядер $^{233,235}$U нейтронами, которая согласуется со значениями аналогичных радиусов из расчетов эволюции формы делящегося ядра на основе обобщенной капельной модели ядра.

Magnet Engineering Studies on Booster Ring of TAC-TURKAY Synchrotron Radiation Facility

E. Akdogan$^1$, Ö. Yavaş$^1$, S. J. Izzo$^2$

In this study, the details of design studies and obtained main parameters for dipole and combined sextupole/quadrupole magnets for the booster ring of TURKAY, namely Turkish Accelerator Center Synchrotron Radiation Facility are presented. Besides that, the corrector magnet’s testing results are demonstrated, which could be informative for the straight sections of the main ring. The measurements of the corrector magnet and the magnetic simulation results of the sextupole/quadrupole magnet are given in detail. Based on experimental results on the corrector magnet, excitation effects of the field strength of multipoles and higher-order harmonics are presented. In this frame, we used the combined function quadrupole and sextupole field approximation in the combined magnet design and COMSOL Multiphysics 3D and Creo Parametric 3D programs for 3D representations. Moreover, we used the laminated core technique to produce the corrector magnet and the rotating coil and the hall probe techniques for the measurements.

Improvement of neutron safety performance of devices used in the prompt gamma activation analysis technique (PGAA) in Morocco: Modeling and simulation

A. Didi$^{1,2}$, H. Amsil$^1$, H. Bounouira$^1$, I. Aarab$^1$, K. Laraki$^1$, H. Marah$^1$, R. Moubakou Diahou$^3$, H. Dekhissi$^2$

This research aims to achieve the desired objectives to install the devices of the prompt gamma activation analysis technique soon. For this, we participated in the realization of models and simulations using the Monte Carlo method to know the behavior and the neutron distribution in the collimator, the sapphire, the shutter (off state), and in the shielding. So we calculated the neutron doses in 10 different positions for the purpose to increase the confidence interval of all radiation leaks.

A novel approach for photon ambient dose equivalent conversion coeffcients calculation

H. Al Kanti, O. El Hajjaji, T. El Bardouni, M. Maged

The operational quantities were developed by International Commission on Radiation Units and Measurements (ICRU) to estimate the value of the protection quantities related to potential exposure. The operational quantity for area monitoring used is the ambient dose equivalent, H*(10) to provide a reasonable estimate the effective dose. In the report, ICRU 57, the air Kerma to H*(10) conversion coefficients calculated use the Kerma approximation term to approach Charged Particle Equilibrium (CPE). In this work, the conversion coefficients (H*(10)/Kair) have been calculated for monoenergetic photons from 0.015 to 10 MeV, in Kerma approximation and absorbed dose terms using a new analytical approach. Our computed values agree well when compared with those published in the Al Kanti, 2020 and ICRU 57. We concluded that new analytical fits provide a convenient approach for determining conversion coefficients for the discrete incidents.

А. А. Логинова$^{1,3}$, Д. А. Товмасян$^{1,2}$, Д. А. Коконцев$^1$, С. М. Варзарь$^2$, А. П. Черняев$^2$

В работе исследовалась угловая чувствительность детекторного массива MatriXX (IBA Dosimetry), с целью внесения поправок в измеренное распределение дозы для повышения точности верификации планов с модуляцией интенсивности. MatriXX в комбинации с фантомом MultiCube облучали на медицинском линейном ускорителе при различных положениях гантри. Измеренное распределение доз для каждого облучаемого угла обрабатывалось в Python3 и сравнивалось с референсным. Референсное распределение дозы для соответствующей геометрии было получено с помощью расчета в системе планирования Monaco 5.10 (Elekta). Созданы наборы поправочных коэффициентов угловой чувствительности детекторного массива MatriXX как функции угла гантри ускорителя. Угловая зависимость MatriXX была проанализирована статистически, после чего было принято решение использовать единый поправочный коэффициент для каждого ряда детекторов, за исключением углов в диапазонах $90^\circ{-}95^\circ$ и~$265^\circ{-}270^\circ$, где был применен уникальный коэффициент для каждого детектора. Применение разработанных факторов коррекции, учитывающих угловую чувствительность детекторов позволило повысить точность измерений и тем самым получить лучшие результаты дозиметрической проверки планов, по сравнению с измерениями, где угловая чувствительность детекторов не принималась в расчет.

О. Е. Шишанин

Рассмотрен метод усреднения в общем виде с точностью до четвертого порядка включительно. В качестве примера изучается движение заряженной частицы в разрывном сильнофокусирующем магнитном поле. Представленную методику можно применить при исследовании колебаний частиц в ондуляторах и каналировании частиц в кристаппах.

Б. В. Тищенко

В работе используется асимптотический анализ для исследования существования, локальной единственности и асимптотической устойчивости решения погранслойного типа одномерной нелинейной начально-краевой задачи с неоднородными условиями Неймана. Доказательство соответствующих теорем проводится при помощи асимптотического метода дифференциальных неравенств для различных типов квазимонотонности правых частей.

В. Е. Родякин$^2$, В. Н. Аксёнов$^{1,2}$

Представлены результаты теоретического исследования процессов группирования в мощных многорезонаторных клистронах. Исследова¬ния проводились с использованием одномерной и двумерной численной модели при различных значениях параметра пространственного заряда. Приводятся данные о влиянии эффектов расслоения на КПД клистронов при различном числе группирующих резонаторов. В результате оптимизации параметров резонаторов определены предельные значения КПД, достижимые при различных значениях параметра пространственного заряда. Проводится сравнение полученной фундаментальной зависимости предельных значений КПД от параметра пространственного заряда с эмпирическими оценками других авторов, а также с экспериментальными данными, полученными для рекордных клистронов в ведущих клистронных центрах в нашей стране и за рубежом. Показано, что параметр пространственного заряда является универсальной характеристикой, определяющей зависимость КПД многорезонаторных клистронов от свойств используемого электронного потока. Обозначены перспективы повышения КПД многорезонаторных клистронов.

А. В. Андреев$^1$, О. А. Шутова$^1$, С. Ю. Стремоухов$^{1,2}$

В работе исследовалось взаимодействие тонкой среды газа неона, локализованной в фокальной области слабо- и остросфокусированного гауссова, радиального и азимутального полей. Распределение полей в фокальной плоскости описывалось с помощью теории Ричардса-Вольфа с учетом наличия трех пространственных компонент поля в решении. Генерируемые гармоники исследовались с точки зрения интенсивности и состояния поляризации, описываемого в рамках формализма трехмерных параметров Стокса, в зависимости от расстояния от фокальной плоскости до детектора, а также в плоскости перпендикулярной оптической оси. Исследовалась эффективность генерации гармоник в разных пространственных модах, а также топология пространственного распределения отдельных гармоник в плоскости перендикулярной оптической оси.

Т. Ф. Исаев$^{1,2}$, Ю. С. Лагутин$^{1,2,3}$, А. А. Лагутина$^{1,2,3}$, Д. В. Лукьяненко$^{1,2,3}$, О. Ф. Просовский$^4$, А. В. Тихонравов$^{2,3}$, А. Г. Ягола$^{1,2}$

Точность определения параметров первого слоя оптического покрытия имеет определяющее значение для точности контроля процесса напыления всего многослойного покрытия. В работе предлагается использовать нелокальный алгоритм анализа данных оптического мониторинга, позволяющий использовать более точную модель слоя. Возможности нового нелокального алгоритма демонстрируются на примере исследования параметров первого слоя покрытия из оксида ниобия, который является одним из основных пленкообразующих материалов с высоким показателем преломления.

Д. Е. Артемов$^1$, М. А. Беднов$^1$, О. Е. Наний$^1$, А. П. Смирнов$^2$, А. И. Федосеев$^1$

На примере волоконного лазера на висмутовых активных центрах демонстрируется влия-ние структурной схемы лазера на эффективность режима с периодической активной модуляцией добротности. Численное моделирование разных схем позволяет понять детали формирования многопичковой структуры выходного сигнала и во многих случаях повысить эффективность модуляции добротности, сохранив на выходе единственный импульс, который максимально глубоко насыщает активную среду. С этой целью предлагается способ модуляции добротности, основанный на кратковременном неоднократном увеличении добротности в каждый период. Как показали расчеты, такой способ позволяет получать одиночные импульсы длительностью порядка 0.01 от времени однократного прохода резонатора.

Е. Р. Бурмистров, Л. П. Авакянц

Предложен новый подход к определению параметров двумерного электронного газа в квантовых ямах InGaN/GaN. В основе лежит метод терагерцовой (ТГц) спектроскопии с временным разрешением, в рамках которого проводилась регистрация ТГц частот двумерных плазмонных резонансов, возбуждаемых в исследуемых образцах гетероструктур InGaN/AlGaN/GaN фемтосекундными лазерными импульсами на длине волны 797 нм. Показано, что двумерный электронный газ, локализованный в квантовой яме InGaN/GaN, демонстрирует резонансное поведение в диапазоне частот от 1 – 5 ТГц. В процессе обработки ТГц – спектров обнаружен эффект перенормировки эффективной массы 2ДЭГ, а также модуляции фазы вблизи частот плазмонных резонансов с увеличением температуры образца от 90К до 170К. Предложенный метод является бесконтактным и может быть использован в широком диапазоне температур.

О. О. Царёва$^1$, В. Ю. Попов$^{1,2,3}$, Х. В. Малова$^{1,4}$, Л. М. Зеленый$^1$

С помощью конформных отображений построена двумерная модель произвольной магнитосферы планеты. Предполагается, что ее магнитопауза имеет форму параболоида вращения. Благодаря фиксированной геометрии магнитопаузы, магнитные моменты и размер магнитосферы, могут изменяться независимо друг от друга, что является преимуществом данной модели.