Выпуск 3, 2022

Optimization techniques and parameters setting of the GAMOS code in the Monte Carlo simulation of a medical accelerator

M. Assalmi$^1$, E. Diaf$^1$

In this work, we studied the Monte Carlo optimization techniques for the GAMOS code using the high performance of the HPC-Marwan computing grid. We determined the configuration of the initial parameters, including the initial electron beam parameters, CUT and StepMax, as well as the optimization of the Monte Carlo calculation in the case of small irradiation fields, in the build-up and penumbra regions. The head geometry of the Elekta Synergy MLCi2 medical linear accelerator was modeled in this work under a non-disclosure agreement (NDA) with Elekta AB, Stockholm, Sweden. The Monte Carlo simulations of the GAMOS code are validated by experimental measurements in PDD and distributed dose profile in a water phantom by comparing the mean dose error ε, mean absolute error, D20/D10 ratio, dmax and penumbra width. After a series of tests, we obtain the best configuration of the initial electron beam parameters which are 6.3 MeV, 0.8 MeV and 2 mm for mean energy, sigma and spot size, respectively. The effect of CUT and StepMax parameters on dose is significant for low density media and the computation time is slowed by a factor of 9.4 for StepMax=0.005mm compared to StepMax=0.5mm. Voxel size affects the accuracy of the dose calculation in the accumulation and penumbra regions.

Н. П. Балабуха$^1$, Д. А. Коняев$^{1,2}$, Н. Е. Шапкина$^{1,2}$

В работе представлены результаты математического моделирования двухпозиционной ЭПР идеально проводящих тел исходя из значений электромагнитного поля в ближней зоне. Актуальность темы продиктована необходимостью измерений двухпозиционных ЭПР в безэховых камерах. Поля в ближней зоне моделируются при помощи программного комплекса FEKO, при этом рассматривается лишь часть цилиндрической поверхности сканирования конечных размеров, не полностью охватывающей исследуемый объект. В работе рассматриваются два способа получения двухпозиционных диаграмм ЭПР на основе рассчитанных на поверхности сканирования полей: при помощи формул Стреттона-Чу и разложением искомого поля по цилиндрическим волнам. Исследуется возможность получения двухпозиционных диаграмм в заданном диапазоне бистатических углов при проведении измерений на указанных поверхностях сканирования радиуса порядка 3 – 4 длин волн. Проводится сравнение результатов для рассматриваемых методов. В работе также определяется высота цилиндрической поверхности сканирования, необходимая для получения диаграммы ЭПР исследуемого объекта с требуемой точностью при использовании поверхности сканирования, полностью охватывающей объект в азимутальной плоскости.

Э. Ф. Загирдинова$^1$, К. А. Кузаков$^2$

Рассмотрено формирование запутанного спинового состояния в результате низкоэнергетического упругого столкновения двух протонов. Для описания процесса рассеяния использована теоретическая модель, которая хорошо согласуется с имеющимися экспериментальными данными по угловым дифференциальным сечениям протон-протонных столкновений при низких энергиях. Запутанность спинового состояния конечных протонов в зависимости от угла рассеяния проанализирована с помощью неравенства Белла и согласованности пары. Соответствующие численные результаты при разных значениях энергии столкновения сопоставлены с результатами без учета ядерных сил. Показано, что присутствие ядерного взаимодействия существенно усиливает эффекты запутанности по спину.

Ю. В. Балакшин$^{1,2}$, Д. К. Миннебаев$^{1,2}$, Е. А. Воробьева$^{2,3}$, А. П. Евсеев$^{1,2}$, А. В. Назаров$^{1,2}$, А. А. Шемухин$^{1,2}$, В. С. Черныш$^{1,2}$

Осажденное на медную подложку графеновое покрытие было облучено ионами гелия и аргона с энергией 100 кэВ. Влияние флюенса облучения на структуру графенового покрытия изучалось методами комбинационного рассеяния света. Для различных параметров ионного облучения было проведено моделирование процессов дефектообразования в графеновом покрытии методом Монте-Карло в приближении бинарных столкновений. Было показано, что переход к параметру «смещение на атом» позволяет сравнивать дефектообразование в двумерной мишени для различных параметров облучения. В работе показано, что в процессе облучения идет накопление точечных дефектов в графеновом покрытии до значений параметра «смещение на атом» близкого к величине 5*10-4, после чего начинается процесс объединения дефектных областей с последующим разрушением структуры покрытия при значениях величины «смещение на атом» в диапазоне 5*10-3 - 10-2.

Е. А. Воробьева$^{1,2}$, К. А. Букунов$^1$, А. П. Евсеев$^1$, Д. К. Миннебаев$^1$, Н. Г. Чеченин$^1$

Спектрометрия комбинационного рассеяния света является одной из наиболее широко используемых методик анализа ориентированных многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ), при этом анализирующий лазерный пучок также является источником локального нагрева. При увеличении мощности лазерного излучения, а затем уменьшении до первоначальных значений отслеживалось поведение характерных пиков в спектре МУНТ: D, G, 2D(G’), а также D’. Был введен дополнительный пик для компенсации разницы между экспериментальным спектром и суммой компонент разложения (в области 1500 см-1), характер изменения которого отличается от поведения известных пиков, что говорит о различной природе их происхождения. Отмечено, что увеличение мощности лазера приводит к уменьшению количества дефектов в углеродных нанотрубках.

П. Р. Запевалин$^1$, А. Г. Рудницкий$^1$, М. А. Щуров$^1$, Т. А. Сячина$^1$

В рамках создания космической обсерватории «Миллиметрон», была поставлена задача разработать надежный инструмент для баллистико-навигационного обеспечения КА «Спектр-М». В этой статье описывается программное обеспечение, разрабатываемое для определения и уточнения орбитальных параметров космических аппаратов, в том числе и обсерватории «Миллиметрон». В работе кратко описывается проект обсерватории «Спектр-М», алгоритмы определения орбиты, представлены результаты работы программного обеспечения. Кроме того, была проведена оценка количества наземных станций слежения для оптимальных измерений параметров орбиты КА «Спектр-М», чтобы обеспечить требуемую точность орбиты и сократить время, когда космическая обсерватория находится вне зоны видимости. Реализованные алгоритмы были протестированы на модельных и реальных данных наблюдений.

М. Ю. Решетняк

Магнитное поле подавляет гидродинамическую турбулентность. Это приводит к ослаблению генерации крупномасштабного магнитного поля мелкомасштабными течениями и одновременно к уменьшению омической диссипации. Показано, что уменьшение диссипации важно для процесса смены полярности геомагнитного диполя: увеличивается как частота инверсий, так и изменяется их тонкая структура. В частности, время уменьшения напряженности диполя становится сравнимым со временем его восстановления после инверсии. Это согласуется с результатами трехмерного моделирования и большинством палеомагнитных наблюдений.

И. И. Мохов$^{1,2}$, Н. Н. Медведев$^1$

Представлены результаты анализа особенностей квазициклических явлений Эль-Ниньо разного типа и их изменений с использованием многолетних данных (1870-2020 гг.). Для детектирования изменений характерных периодов и амплитуд явлений Эль-Ниньо наряду с вейвлетным анализом использовался метод, основанный на анализе фазовых портретов для квазициклических процессов. Для оценки когерентности явлений Эль-Ниньо разного типа использовался кросс-вейвлетный анализ. Отмечены существенные различия изменений явлений Эль-Ниньо разного типа. При этом выявлены значительные различия для периодов до и после середины 20 века. На фоне больших междесятилетних вариаций вековые тенденции для амплитуды и периода квазициклических явлений Эль-Ниньо статистически незначимы. При этом наибольшие амплитуды явлений Эль-Ниньо отмечены в последние десятилетия.

И. И. Мохов

Представлены результаты анализа данных и модельных расчетов, свидетельствующие о существенной роли временной периодичности граничных условий с периодическим пространственным сканированием в формировании атмосферных температурных особенностей планетной системы, как объекта геофизической термодинамики, наряду с ключевыми физическими процессами, включая радиационный и конвективный теплоперенос. В частности, результаты модельных расчетов с изменением продолжительности годового цикла подтверждают соответствие высоты тропопаузы высоте, характерной для температурного скин-слоя для годового хода инсоляции.

Л. В. Зотов, Н. С. Сидоренков$^2$, К. Ж. Бизуар$^3$

Земля вращается неравномерно: положение полюса дрейфует и описывает круги с годовым и чандлеровским (433 суток) периодами, скорость вращения Земли также меняется. В начале 2000-х годов амплитуда чандлеровского колебания начала убывать и в 2017 -2020 гг. достигла исторического минимума, сравнимого лишь с минимумом 1920-х годов. Мы показываем, что как и тогда, сейчас проиcходит изменение фазы чандлеровского колебания. С 2016 года длительность суток LOD начала уменьшаться, а скорость вращения планеты, соответственно, расти. В 2021 году LOD достигла минимума более глубокого, чем минимум 90-летней давности. В данной работе мы выделяем и сопоставляем тенденции во вращении Земли на длительном интервале времени с особым вниманием к явлениям последнего десятилетия.

В. А. Багатинский$^{1,2}$, Н. А. Дианский$^{1,3,4}$

Для выяснения роли термохалинных факторов в формирование климатической трендов термохалинной циркуляции в Северной Атлантике(СА) были определены вклады изменений потенциальной температуры и солености в тренды функции тока Атлантической меридиональной опрокидывающейся циркуляции (АМОЦ). Для этого с с помощью модели INMOM (Institute of Numerical Mathematics Ocean Model)и данных электронного атласа EN4 (MetOffice, Великобритания) методом диагноза-адаптации восстанавливалась циркуляция СА за характерные периоды 1951-2017 гг., 1951-1990 гг. и 1991-2017 гг. В двух выбранных периодах 1951-2017 гг. и 1951-1990 гг. все основные особенности изменений в АМОЦ объясняются главным образом температурными изменениями, которые превалируют над соленостными. При это наблюдаемый тренд на ослабление основного ядра функции тока АМОЦ с 1991 по 2017 гг., вызывается изменениями солености, а на усиление основного ядра функции тока АМОЦ с 1951 по 1990 гг. вызывается изменениями потенциальной температуры. Обнаружена связь между трендами максимума функции тока АМОЦ на 38.5° N и разностями между зонально-осредненными уровнями моря на 34.5° N и 57.5° N, которые, возможно, могут использоваться в качестве индекса изменчивости функции тока АМОЦ.