Выпуск 3, 2023

И. М. Капитонов

Представлен обзор тех фотоядерных исследований, которые были выполнены в НИИЯФ МГУ в Отделе электромагнитных процессов и взаимодействий атомных ядер (ОЭПВАЯ) в 60-тилетний период (1960-2020 гг.) группой исследователей под руководством Бориса Саркисовича Ишханова.

Hydroxyapatite for electron beam dosimetry using the EPR method

N. Hajiloo$^1$, F. Ziaie$^{1,2}$

In this study, electron beam dosimetry was performed by measuring free radicals induced in synthesized hydroxyapatite using the EPR method. At first, synthetic hydroxyapatite (HAP) powders were synthesized using various methods and packed after weighting. After that, a 10 MeV electron beam from an electron accelerator called a Rhodotron TT200 was used to irradiate the samples at varying absorbed high doses. At ambient temperature and in air, the EPR responses of HAP samples were measured. Peak-to-peak amplitude of the EPR signal intensity variations were then created and compared to alanine and bone powder samples. The results show that the EPR responses of some HAP samples are higher than alanine and bone powder for several times in comparison with alanine and bone samples.

С. С. Белышев$^1$, Л. З. Джилавян$^2$, А. И. Карев$^3$, А. М. Лапик$^2$, А. Л. Полонский$^2$, В. Н. Пономарев$^2$, А. В. Русаков$^2$, А. А. Туринге$^2$

Проанализированы возможности изучения выходов реакций $^{13}$C($\gamma$, p)$^{12}$B, $^{14}$N($\gamma$, 2p)$^{12}$B, $^{14}$N($\gamma$, 2n)$^{12}$N путём измерения наведенной ($^{12}$B, $^{12}$N)-активности телескопами тонких $\delta E$-детекторов во временных интервалах между импульсами ускорителя электронов. Для образования и регистрации распада ($^{12}$B, $^{12}$N)-ядер даны оценки с учётом параметров: пучка электронов; Ta-радиатора и облучаемых мишеней из графита или NH$_4$NO$_3$; телескопов пластиковых сцинтилляционных $\delta E$-детекторов.

С. С. Белышев$^1$, В. В. Варламов$^2$, Л. З. Джилавян$^3$, А. А. Кузнецов$^{1,2}$, А. М. Лапик$^3$, А. Л. Полонский$^3$, А. В. Русаков$^3$, В. И. Шведунов$^2$

Исходя из сопоставления параметров проектируемого $\gamma$-источника от обратного комптоновского рассеяния и известных путей мониторирования собственно самих пучков $\gamma$-квантов, для мониторирования интенсивности и спектра энергий $\gamma$-квантов в их пучках на этом $\gamma$-источнике при фотоядерных исследованиях в области от нескольких МэВ до ~40 МэВ предложена система из сцинтилляционных пластиковых и неорганических детекторов, а также парного магнитного спектрометра.

С. С. Белышев$^1$, В. В. Варламов$^2$, Л. З. Джилавян$^3$, А. А. Кузнецов$^{1,2}$, А. М. Лапик$^3$, А. Л. Полонский$^3$, А. В. Русаков$^3$, В. И. Шведунов$^2$

На основе анализа развития изучения фотоядерных реакций при $E_{\gamma}≲40$ МэВ и уникальных параметров разрабатываемого комптоновского источника ${\gamma}$-квантов предложена программа приоритетных фотоядерных исследований на этом источнике. Программа включает в себя исследования: структуры гигантских $E1$ резонансов и пигми-резонансов; сечений парциальных фотонуклонных реакций; ядерной резонансной флуоресценции; фотоделения; задач астрофизики и нуклеосинтеза.

А. И. Давыдов$^1$, В. В. Варламов$^2$, В. Н. Орлин$^2$

Обсуждаются сечения парциальных фотонейтронных реакций ($\gamma, 1n$), ($\gamma, 2n$) и ($\gamma, 3n$), абсолютное большинство которых получено на пучках квазимоноэнергетических аннигиляционных фотонов. Анализируются существенные систематические погрешности результатов экспериментов, намного превышающие по величине достигнутые статистические точности. С помощью объективных физических критериев достоверности данных о сечениях парциальных реакций проанализированы результаты экспериментов для ~50 ядер от $^{51}$V до $^{209}$Bi. Показано, что во многих случаях систематические погрешности экспериментальных сечений реакций велики, и эти данные не удовлетворяют физическим критериям. Описан экспериментально-теоретический метод оценки сечений реакций, удовлетворяющих таким критериям. Установлены причины систематических расхождений нескольких типов, обусловленных как недостатками использованного в экспериментах метода разделения фотонейтронов по множественности, так и особенностями применявшихся детекторов нейтронов. Представлены новые оцененные достоверные сечения парциальных реакций и полной фотонейтронной реакции $(\gamma, 1n)+(\gamma, 2n)+(\gamma, 3n)$.

В. В. Варламов$^1$, А. И. Давыдов$^2$, В. Н. Орлин$^1$

Абсолютное большинство данных по сечениям фотоядерных реакций получено в экспериментах с тормозным y–излучением и квазимоноэнергетическими фотонами, образующимися при аннигиляции на лету релятивистских позитронов. Между результатами экспериментов этих двух типов, полученными в области энергий гигантского дипольного резонанса (ГДР), существуют значительные расхождения как по абсолютной величине, так и по форме. Так, в сечениях, полученных на пучках тормозного y–излучения, наблюдаются отчетливо проявляющиеся структурные особенности, которые в соответствующих сечениях, полученных на пучках аннигиляционных фотонов, практически отсутствуют. Расхождения по абсолютной величине, очевидно, носят систематический характер: они прямо зависят от метода получения данных и существенно превосходят достигнутые в экспериментах статистические погрешности. Наблюдаются также существенные расхождения и между результатами экспериментов одного типа. В совместных системных исследованиях большого количества данных о сечениях различных фотоядерных (прежде всего, фотонейтронных) реакций, как полных, так и парциальных, полученных в разных экспериментах, определены возможные причины расхождений результатов фотоядерных экспериментов, обсуждается их статус, методы учета и устранения наблюдаемых расхождений.

С. П. Камерджиев, М. И. Шитов

В работе обсуждаются корреляции в основном состоянии (КОС) в ядрах, которые особенно наглядно проявляются при использовании формализма квантовых функций Грина (ФГ) и диаграмм Фейнмана. Кроме одночастично-однодырочных КОС, появляющихся в хорошо известном методе хаотических фаз (МХФ), существуют и дают заметный количественный вклад КОС, происходящие от использовании в теории более сложных, чем в МХФ, конфигураций. Именно, конфигураций, содержащих фононы и конфигураций, содержащих только три квазичастицы, соответственно КОС-фон и КОС3. Этот последний случай КОС3 подробно рассматривается в настоящей работе. Показано, что КОС3 дают значительный количественный вклад в задачах, связанных с объяснением некоторых характеристик низколежащих возбужденных состояний (фононов) и переходов между ними в четно-четных ядрах.

Electron transport properties through a two-dimensional quantum dot array

L. Qin$^2$, Yu. Xiao, J. Bai$^3$, K. Chen, Z. He

Electron transport characteristics through a two-dimensional quantum dot array are studied using the non-equilibrium Green's function. As the structure size of the two-dimensional quantum dot array changes, abundant meaningful electron transport properties are obtained. For a two-dimensional four-quantum-dot structure, an anti-resonance point gradually evolves into an anti-resonance band with the increase of the dot-lead coupling strength. An anti-resonance band emerges in the conductance spectrum as the energy levels of quantum dots in upper and lower quantum dot arrays are different and small. In contrast, the anti-resonance band evolves into a resonance band as the difference between the energy levels of quantum dots is large. Based on this property, the system can be designed as an efficient quantum switch. Moreover, typical Fano resonances may be observed in the two-dimensional quantum dot array. It is expected that these findings will contribute to the design of quantum devices.

S-site substitution effects on the structural and electronic properties by O, Se and Te in monolayer MoS2: First-principles calculations

Yu. Wei$^1$, T. Chen$^1$, Z. Bai$^1$, Z. Liu$^2$, Q. Liu$^1$

We use first-principles calculations density-functional theory to investigate the S-site substitution effects on the structural and electronic properties in monolayer MoS2 by O, Se and Te. The calculated structural parameters show that the changed bond lengths are caused by the different electronegativity and atomic radius. The obtained formation energies indicate that the O doping is exothermic, but the others dopings are endothermic. The electronic structures show that there is a direct-indirect band gap transition from pure monolayer MoS2 to chalcogen-doping monolayer MoS2. Moreover, the partial density of states is also calculated and analyzed.

А. А. Никольская$^1$, Д. С. Королев$^1$, А. Н. Михайлов$^1$, А. А. Конаков$^1$, А. И. Охапкин$^2$, С. А. Краев$^2$, А. И. Андрианов$^1$, А. Д. Моисеев$^1$, А. А. Сушков$^1$, Д. А. Павлов$^1$, Д. И. Тетельбаум$^1$

Гексагональные политипы кремния привлекают большое внимание научного сообщества в связи с их потенциальным использованием в электронике и фотонике нового поколения. Однако получение стабильных гетероструктур на основе кубического и гексагональных политипов является сложной задачей. В настоящей работе показана возможность синтеза тонких слоев гексагональной фазы кремния 9R-Si с помощью традиционного метода микроэлектроники – ионной имплантации. Имплантация ионов Kr+ производилась через слой SiO2, толщина которого приблизительно вдвое превышала проецированный пробег Kr+, с последующим высокотемпературным отжигом. Методом высокоразрешающей просвечивающей электронной микроскопии показано, что после имплантации в подложке Si на границе с пленкой SiO2 образуется тонкий аморфный слой, в процессе рекристаллизации которого при отжиге происходит образование политипа 9R-Si. Предполагается, что при имплантации через оксидный слой создаются механические напряжения, способствующие гексагонализации при последующем высокотемпературном отжиге. Установлена зависимость эффективности гексагонализации от ориентации подложки. Помимо образования фазы 9R-Si, при используемых параметрах имплантации и отжига в кремнии образуются светоизлучающие дефекты, фотолюминесценция которых на длине волны ~ 1240 нм наблюдается вплоть до температуры ~ 120 К. Полученные результаты могут стимулировать и расширить диапазон использования ионно-облученного кремния, а также найти применение в кремниевой микро-, нано-, оптоэлектронике.

В. С. Алешновский$^1$, А. В. Безрукова$^2$, В. К. Авилов$^3$, В. А. Газарян$^{1,4}$, Ю. А. Курбатова$^3$, О. А. Куричева$^3$, А. И. Чуличков$^{1,5}$, Н. Е. Шапкина$^{1,6}$

Статья посвящена проблеме восстановления пропусков в рядах данных экспериментальных многолетних непрерывных высокочастотных наблюдений за концентрацией диоксида углерода и температурой воздуха. Исследование выполнено на примере результатов наблюдений автоматической эколого-климатической станции, расположенной в тропическом муссонном лесу на территории южного Вьетнама (заповедник Донг Най). Пропуски в рядах наблюдений, как правило, носят случайный характер и обусловлены техническими неисправностями приборной базы. Корректно восстановленные ряды наблюдений позволяют оценить временную изменчивость наблюдаемых параметров на различных временных масштабах. В рамках данного исследования были рассмотрены варианты восстановления непрерывности временных рядов, основанные на методах математической̆ статистики - авторегрессии (ARIMA) и методе линейного прогноза. Приведен сравнительный̆ анализ точности восстановления пропусков различными методами.

М. А. Казначеев

В данной работе подробно рассматривается химическое равновесие многокомпонентного раствора как часть динамической модели метода удерживания кислоты. Подробное изучение химического равновесия, представленного в виде системы нелинейных уравнений, является ключевым шагом для построения эффективной динамической модели в случае многокомпонентного раствора. В данной работе приведен алгоритм эффективного расчета химического равновесия на примере экстракционной фосфорной кислоты, который может быть использован в динамической модели для вычисления химического равновесия в каждой точке пространственной сетки и на каждом шаге интегрирования. Более того для концентраций веществ в эксперименте по очистке экстракционной фосфорной кислоты показано, что нелинейная система уравнений химического равновесия позволяет получить простые алгебраические соотношения для связи концентрации молекул рассматриваемого вещества с общей концентрацией веществ всех элементов в растворе с хорошей точностью. Кроме того, показано, что для каждого металла можно рассматривать сорбцию молекул соли только одно типа в силу малой концентрации остальных типов, что позволяет сократить число дифференциальных уравнений в динамической модели метода удерживания кислоты.

С. Н. Юдин$^1$, М. М. Попова$^{1,2}$, М. Д. Киселев$^{1,2,3}$, С. М. Бурков$^3$, Е. L. Грызлова$^1$, А. Н. Грум-Гржимайло$^1$

В работе представлены угловые распределения фотоэлектронов при ионизации атома неона полем нескольких кратных частот. Рассматриваемая схема принадлежит к классу RABBITT (Reconstruction of Attosecond Beating By Interference of Two-photon Transitions) спектроскопии, а частоты полей подобраны таким образом, что важную роль играют резонансные переходы через дискретные состояния. Проанализировано влияние фазы затравочного инфракрасного поля на угловые распределения фото\-эмиссии. Показано существенное отличие параметров анизотропии при\-пороговой линии, вызванное переходами через дискретные состояния. Выполнено сравнение двух методов: численного решения скоростных уравнений с дискретизацией континуума и теории возмущений третьего порядка.

Е. А. Трухан

В рамках точного решения Ми исследовано резонансное рассеяние плоской линейно поляризованной электромагнитной волны сферической немагнитной частицей. Отдельно для металлов и для диэлектриков получены выражения для параметров системы, реализующие максимум рассеянного поля на поверхности частицы. Для металлов ответ найден в виде конкретных формулы, для диэлектриков представлен алгоритм поиска координат максимума. Рассмотрено поведение полученного решения в применении к реальным веществам (Al, Au, GaP). В случае металлов при относительно малой диссипации на резонансных частотах оно точно указывает на максимум, с увеличением диссипации — на его окрестность. Для диэлектриков показано, что предсказанные в теории максимумы оказываются недостижимы в силу ограничений по величине коэффициента преломления вещества, исследованы причины наличия максимума, несмотря на указанное ограничение. В частности, установлено, что длина волны падающего излучения и радиус частицы в максимумах для GaP совпадают с резонансными значениями для внутренних коэффициентов — предположение, от которого отталкивалось данное исследование. Результаты, полученные в работе, показывают, что оно действительно дает ориентир для поиска максимума поля при рассеянии на других диэлектрических сферических частицах с относительно небольшим показателем преломления.

А. А. Савелова$^1$, В. В. Бусарев$^{1,2}$, М. П. Щербина$^{1,2}$

Представлена разработанная в среде MATLAB программа для оценки состава вещества астероидов на основе моделирования их спектров отражения с использованием данных об их метеоритных аналогах. Обсуждаются результаты моделирования и оценки состава вещества для 10 астероидов (1 Цереры, 4 Весты, 51 Немаузы, 65 Кибелы, 102 Мириам, 250 Беттины, 266 Алины, 379 Гуенны, 704 Интерамнии, 1474 Бейры). Для ряда астероидов (1 Церера, 4 Веста, 51 Немауза, 250 Беттина, 704 Интерамния) получено хорошее согласие между модельными спектрами отражения и наблюдаемыми.

Т. И. Морозова, И. А. Кузнецов

Рассмотрен процесс ионизации-рекомбинации газа и зарядки частиц пыли под действием рентгеновского излучения в условиях космической плазмы. Найдены условия когда в результате воздействия излучения, частицы пыли в протопланетном диске могут приобретать положительный заряд даже при низкой ионизации газа.

Ю. В. Думин$^1$, А. Т. Лукашенко$^2$, Л. М. Свирская$^3$

Антикоррелированный характер распределения температуры и плотности протонов является хорошо известным свойством солнечного ветра. Однако вплоть до настоящего времени остаётся неясным, лежит ли в основе этого явления какой-либо универсальный физический механизм? К сожалению, простое рассмотрение, основанное на сопоставлении характерных времён релаксации температуры и плотности, с одной стороны, и давления, с другой стороны, сталкивается с проблемой неприменимости гидродинамического подхода в условиях, когда длина свободного пробега протонов значительно превышает пространственный размер анализируемых структур. Для разрешения этого противоречия обычно привлекаются те или иные виды МГД турбулентности, уменьшающие эффективные длины свободного пробега. В настоящей статье рассматривается альтернативный подход, основанный на электростатической (ленгмюровской) турбулентности, описываемой математическим формализм спиновых гамильтонианов, который активно обсуждается в последнее время в литературе по статистической физике. Как вытекает из соответствующих расчётов, формирование антикоррелированных распределений температуры и плотности является универсальным свойством сильно-неравновесных плазменных состояний, описываемых гамильтонианами спинового типа, в процессе их приближения к состоянию термодинамического равновесия; и именно этот феномен мог бы лежать в основе антикорреляций, наблюдаемых в солнечном ветре.

М. В. Шатохин$^1$, М. А. Соколовский$^{1,2}$

В рамках трехслойной квазигеострофической модели проведено численное исследование воздействия изолированной подводной возвышенности на движение поверхностных и подповерхностных пятен нейтральной примеси, переносимых вертикально однородным зональным течением. Показана возможность частичного захвата примеси квазистационарным топографическим вихрем в окрестности подводной возвышенности. Выявлена роль исходного расположения (как по горизонтали, так и по вертикали) на результирующую картину распределения загрязнения.

И. Н. Иванова, О. Н. Мельникова

В работе исследуется влияние пленки естественной пыли, осажденной из воздуха, на генерацию гравитационно-капиллярных ветровых волн длиной λ<0.06 м. Показано, что при увеличении времени осаждения гидрофобных частиц пыли на водную поверхность контактный угол смачивания между поверхностью воды и гидрофобной частицей возрастает, что свидетельствует об увеличении коэффициента поверхностного натяжения. При этом время сближения гидрофобных частиц увеличивается. Обнаружено, что при увеличении концентрации пленки для заданной скорости ветра длина ветровой волны в зоне генерации уменьшается, а крутизна растет, что связано с увеличением шероховатости и коэффициента трения на границе раздела. В зоне генерации возникают нелинейные плоские волны крутизной 0.13 <ak<0.25. Получена и проверена методика расчета фазовой скорости таких волн. Критическое значение скорости ветра, при котором начинается генерация ветровых волн, уменьшается при увеличении концентрации пылевой пленки, а значения лежат в интервале 2.3 < Umin < 3 м/с.

И. И. Мохов$^{1,2}$

Проведен сравнительный анализ взаимных изменений температуры и содержания аэрозоля в атмосфере по данным антарктических ледовых кернов, полученных на российской станции Восток и в рамках международного проекта EPICA для последних 800 000 лет. Согласно результатам кросс-вейвлетного анализа для последних сотен тысяч лет вариации содержания в атмосфере аэрозоля, как и содержания парниковых газов CO$_2$ и CH$_4$, в целом запаздывают относительно изменений температуры для доминирующих в пределах последнего миллиона лет ледниковых циклов с периодами около 100 тысяч лет, связанных с изменением эксцентриситета орбиты Земли вокруг Солнца. При этом для более короткопериодных ледниковых циклов на отдельных временных интервалах проявляются противоположные эффекты с запаздыванием температурных вариаций относительно вариаций содержания в атмосфере радиационно-активных составляющих, включая морской и континентальный аэрозоль. В частности, запаздывание температурных вариаций относительно вариаций содержания в атмосфере аэрозоля (как и относительно вариаций содержания в атмосфере метана) проявляется для связанных с изменениями угла наклона оси вращения Земли мод с периодами около 40 тысяч лет.