Физический факультет
Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова
В работе рассматриваются численные алгоритмы, используемые для решения эволюционных уравнений нелинейной акустики, таких как уравнение Бюргерса, уравнение Хохлова-Заболотской-Кузнецова (ХЗК), однонаправленное уравнение Вестервельта. Представлены основные результаты, полученные с помощью разработанных численных моделей при исследовании распространения интенсивных звуковых волн в различных средах. В частности, рассмотрены примеры решения задач медицинского ультразвука, нелинейной аэроакустики и нелинейной гидроакустики. Обсуждается обобщение однонаправленных моделей на случай присутствия неоднородностей среды с использованием методов широкоугольного параболического приближения в трехмерных задачах.
Показать АннотациюМы построили приближенное аналитическое решение спектральной задачи для онечномерной матрицы специального вида, которое оказывается очень простой и достаточно удовлетворительной моделью метастабильного состояния. При этом воспроизводится большинство характерных свойств метастабильного уровня: форма линии, динамика распада и плотность состояний. Корректность приближенного аналитического решения была проверена посредством непосредственного численного счета. Предложенная модель представляет собой конечномерный аналог формализма Фано.
Показать АннотациюПредставлен анализ молекулярно-динамического метода расстановки узлов при построении неструктурированных сеток. Рассмотрен способ его усовершенствования. Предложен энергетический подход к задаче размещения узлов треугольной сетки на поверхности, в основе которого лежит идея нахождения минимума потенциальной энергии системы зарядов методом градиентного спуска.
Показать АннотациюЭлектромагнитные формфакторы дейтрона вычислены в рамках дибарионной модели ядерных сил, в основе которой лежит резонансный механизм формирования шестикваркового мешка (дибариона) в NN-соударении. В расчетах учтены как однонуклонные токи (импульсное приближение), так и дополнительные вклады, индуцированные рождением промежуточного дибариона. Для вычисления формфакторов использованы две версии дибарионной модели, 2002 и 2022 гг. Показано, что обе версии модели хорошо воспроизводят экспериментальные данные для всех трех формфакторов дейтрона в области переданных импульсов Q < 0.8 ГэВ/c. При более высоких Q предсказания разных версий модели различаются, причем одна из них (2002 г.) лучше описывает магнитный формфактор, а другая (2022 г.) - зарядовый. Обсуждаются возможные причины найденного расхождения теоретических расчетов с данными при больших передачах импульса.
Показать АннотациюПредставлены результаты измерений энерговыработки промышленного ядерного реактора по потоку антинейтрино из активной зоны. Измерения проведены детектором iDREAM на удалении 19.5 м от центра активной зоны реактора ВВЭР-1000 энергоблока №3 Калининской АЭС. Получены оценки чувствительности детектора iDREAM к изменению мощности реактора за 2-, 4- и 6-часовые интервалы набора статистики взаимодействий антинейтрино.
Показать АннотациюПредставлены результаты исследований по поиску <<темных>> бозонов нейтринным детектором iDREAM на Калининской АЭС. На основе данных о составе активной зоны реактора ВВЭР-1000 и долях делений основных делящихся изотопов рассчитан спектр γ--излучения в активной зоне. В предположении, что темные бозоны могут образоваться в активной зоне при рассеянии γ-квантов на электронах и быть зарегистрированы детектором iDREAM в обратном процессе, установлены модельно-независимые экспериментальные ограничения на константу взаимодействия (псевдо)скалярных темных бозонов с заряженными лептонами Стандартной модели gX.
Показать АннотациюИзучение биологических эффектов воздействия ускоренных протонов со сверхвысокой мощностью дозы в пике Брэгга и вне его на опухолевые и нормальные клеточные линии необходимо для понимая последствий этого воздействия и выбора оптимальных доз и режимов для дальнейшего использования в радиотерапии опухолей. В настоящей работе облучались клетки аденокарциномы толстой кишки человека (HT-29) и нормальные мезенхимальные стволовые клетки жировой ткани человека – фибробласты (ADSC). Облучение проводилось с использованием сильноточного линейного ускорителя протонов ИЯИ РАН, который позволяет варьировать энергию в диапазоне 70-230 МэВ. Доза подводилась в трех режимах: конвенциональный режим (мощность дозы Ḋ < 1 Гр/с), флэш - режим (Ḋ ~ 100 Гр/с) и одноимпульсный флэш - режим (Ḋ > 104 Гр/с, сплэш от single-pulse flash) в области модифицированного пика Брэгга. Для анализа клеточной гибели производилась окраска йодистым пропидием и аннексином. Для пролиферативного потенциала воспроизводился EdU-тест. Через 24 часа обнаружили увеличение количества апоптотических клеток НТ-29 во всех режимах, для фибробластов наблюдали относительное увеличение количества некротических клеток при конвенциальном режиме облучения и в больше при сравнении с другими режимами дозы. Через 48 часов при всех режимах облучения наблюдалась тенденция уменьшения количества некротических клеток НТ-29 в зависимости от дозы при флэш/сплэш режимах и низкий уровень таковых для фибробластов. Количество синтезирующих ДНК клеток к 120 часам существенно уменьшалось при всех дозах и режимах облучения. Кривые для флэш- и сплэш- режимов облучения были практически параллельны. Необходимы дальнейшие исследования с привлечением более широких спектров клеточных линий и доз.
Показать АннотациюНастоящая работа направлена на решение проблемы экспериментальной реализации и исследования одноэлектронных резервуарных сетей с примесными атомами As в квазидвумерном приповерхностном слое твердотельной матрицы на основе материала кремний на изоляторе (КНИ). Исследование электронного транспорта в изготовленных экспериментальных структурах показало наличие горизонтальных участков кулоновской блокады на вольтамперных характеристиках (ВАХ), характерных для одноэлектронного транспорта. Форма регистрируемой ВАХ между парой выбранных управляющих электродов резервуарной сети существенным образом зависела от потенциалов остальных окружающих электродов, которые изменяли структуру проводящих каналов, проходящих через примесные центры. Перестройка управляющих напряжений, использование внутренней нелинейности системы разупорядоченных единичных примесных атомов As, имеющей колоссальное пространство состояний, позволили продемонстрировать возможность реализации в одноэлектронной резервуарной сети настраиваемого наноразмерного токового ключа и логических функций «НЕ», «И», «ИЛИ». Для поиска необходимой для реализации функциональных элементов конфигурации резервуарной сети применялся векторный метод настройки.
Показать АннотациюМы представляем метод проектирования одномерных фотонных структур, фазовый отклик которых имеет заранее заданную форму и особенности. Разработан алгоритм построения таких фотоннокристаллических структур, выполнено численное моделирование их фазового и спектрального откликов.
Показать АннотациюХарактеристики зеемановского кольцевого лазера исследованы теоретически и экспериментально в условиях двухчастотной и трехчастотной генерации. Рассмотрено влияние бегущей волны, возбуждающейся на третьей частоте, на частотную подставку и интенсивности встречных волн. Проведено сравнение экспериментально измеренных характеристик с расчетами на основе векторной теории. Обнаружено, что при возбуждении бегущей волны на соседней моде в зависимости интенсивностей встречных волн от отстройки частоты генерации от центра линии усиления возникают изломы. Показано, что возбуждение третьей частоты приводит к более сильной зависимости частотной подставки от расстройки частоты от центра линии по сравнению с режимом двухчастотной генерации. На основе сравнения теории с экспериментом показано, что из известных в литературе значений изотопического сдвига между Ne20 и Ne22 на длине волны 0.63 мкм величина 1050 МГц приводит к результатам, не согласующимся с экспериментом, что позволяет уточнить значение этого параметра.
Показать АннотациюОбладающие большой удельной поверхностью мезопористые пленки полупроводниковых материалов представляют интерес для решения проблемы создания датчиков окружающей газовой среды. В данной работе такие датчики изготовлены на основе материала, получаемого на массивных подложках в результате химической реакции между газообразным сероводородом (H2S) и парами металла (Mo). С помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии установлено, что полученные слои представляют собой соединение MoS2. С помощью растровой электронной микроскопии (РЭМ) установлено, что материал получаемый на подложках различного состава представляет собой массив кристаллитов толщиной в единицы нанометров и поперечными размерами в несколько сотен нанометров. MoS2 кристаллиты ориентированы преимущественно перпендикулярно подложке и разделены расстоянием в несколько десятков нанометров. Поверхностное электрическое сопротивление сформированных таким образом мезопористых слоев MoS2 измерялось в зависимости от концентрации паров воды или аммиака в окружающей среде. Обнаружено, что электрическое сопротивление уменьшается с увеличением относительной влажности воздуха и концентрации паров аммиака. Профиль изменения электрического тока при изменении концентрации этих компонент в воздухе обладает экспоненциальной зависимостью с двумя постоянными времени. Характерные времена нарастания для случая с парами NH3 составляют 0.9 и 17 секунд, а спада – 1.2 и 29 секунд, в то время как для случая с парами H2O характерное время нарастания тока составляет 4 и 45 секунд, а время спада – 1.25 и 42 секунд. Обсуждаются механизмы увеличения электрической проводимости MoS2 пленок при увеличении влажности воздуха и концентрации паров аммиака.
Показать АннотациюНайдены режимы напыления тонких пленок FeSe0.5Te0.5 на аморфную подложку из стекла К-208, содержащего в своем составе окись церия CeO2. При этом температура перехода пленки TC = 9.5 К в сверхпроводящее состояние оказалась выше, чем на боросиликатном стекле Fischer Scientific, не имеющем в своем составе CeO2, но ниже температуры сверхпроводящего перехода мишени TC(M) = 14 К, что противоположно общеизвестной картине свойств тонких пленок семейства FeSe и FeSexTe1−x на кристаллических подложках. Из результатов измерений оценены энергия активации вихрей U, величина критического тока, jC, верхнее критическое поле HC2 и поле необратимости Hirr.
Показать АннотациюС использованием первопринципных методов расчета энергии кристаллов, исследован атомарный механизм трансформации между ОЦК (β) и ГПУ (α) фазами циркония при низкой температуре. Разработан точный двухпараметрический геометрический способ описания трансформации кристаллической решетки по механизму Бюргерса. Представленный способ описания учитывает изменения атомного объема и формы кристаллической решетки при трансформации. Используя предложенное описание трансформации, были построены поверхности потенциальной энергии циркония при ОЦК-ГПУ трансформации в интервале давления от 0 до 25 ГПа с шагом 5 ГПа. Методом градиентного спуска были определены пути минимальной энергии вдоль поверхностей потенциальной энергии. Анализ полученных результатов показал сильную зависимость формы энергетических поверхностей и пути минимальной энергии от давления. При увеличении давления до 25 ГПа форма поверхности потенциальной энергии циркония меняется критически, а на поверхности появляется структура с энергией меньше, чем у ГПУ на 10.5 мэВ. Сравнение результатов расчетов, произведенных с помощью разработанного двухпараметрического метода описания трансформации с однопараметрическими аналогами из литературы, показало несостоятельность последних в качестве инструмента исследования атомарных механизмов фазовых переходов.
Показать АннотациюДля создания высокочувствительных биосенсоров на основе полевых транзисторов с кремниевым каналом-нанопроводом проведено изучение единичных взаимодействий антител с простат-специфическим антигеном (ПСА) на поверхности чистого кремния, модифицированного наночастицами золота диаметром 5 нм. Использован метод цифровой регистрации иммунных комплексов с помощью сканирующей электронной микроскопии, где в качестве визуализирующей метки антител использовались наночастицы золота диаметром 25 нм. Для расчета плотности наночастиц на поверхности кремния был разработан специальный алгоритм. Для исследования ковалентной иммобилизации антител применены различные методы химической модификации кремния с использованием силанов (3-глицидопропилтриметоксисилана (ГОПС), 3-меркаптопропилтриметоксисилана (ГОПС-SH) и 3-аминопропилтриэтоксисилана (АПТЭС)), бифункциональных реагентов и полиэтиленгликоля. Показано, что методы химической модификации с использованием ГОПС характеризуются более низким пределом обнаружения простат-специфического антигена (ПСА) – биомаркера опухолей предстательной железы. Изготовлены структуры биосенсоров на основе полевых транзисторов с каналами-нанопроводами, поверхности которых были модифицированы двумя различными методами с использованием ГОПС, и изучена их чувствительность к рН. Показано, что метод модификации с использованием ГОПС-SH характеризуется максимальным значением рН-чувствительности 70 мВ/pH и является наиболее перспективным при создании высокочувствительных биосенсоров для определения биомаркеров.
Показать АннотациюОценка функции тромбоцитов имеет ключевое значение для диагностики нарушений свертываемости крови и мониторинга эффективности антиагрегантных препаратов. Сравнительно недавно был разработан метод оценки агрегации тромбоцитов, основанный на явлении малоуглового рассеяния света. Измерения проводятся в среде с известным значением pH и концентрацией кальция. Целью данной работы было исследование влияния преаналитических и аналитических переменных, а также сопоставление результатов с уже широко используемым в клинической практике методом световой трансмиссионной агрегометрии. Было выявлено, что перевозка образца на автомобиле в течение двух часов не оказывает влияния на параметры коллаген-индуцированной агрегации. Было обнаружено, что метод малоуглового светорассеяния для измерения коллаген-индуцированной агрегации тромбоцитов обладает хорошей прецизионностью в условиях повторяемости и является отдаленно воспроизводимым. Параметры агрегации, полученные методом малоуглового светорассеяния, прямо коррелируют с параметрами агрегации, измеренными методом трансмиссионной агрегометрии. Показана ускоряющая роль секретируемого из плотных гранул аденозиндифосфата на коллаген-индуцируемую агрегацию тромбоцитов.
Показать АннотациюВ работе решена задача диффузионного распространения космических лучей (КЛ) с тензором общего вида в модельном однородном магнитном поле галактики и исследована ее устойчивость. Был реализован алгоритм генерации шаблонов разностных схем второго порядка точности для трехмерного дифференциального уравнения с тензорными компонентами. Данный метод применен для решения задачи диффузионного распространении КЛ. В работе показывается принципиальная возможность определения энергетических спектров КЛ в различных областях галактики, где свободными параметрами являются распределение источников КЛ и структура магнитного поля.
Показать АннотациюПоставлен и исследован новый вариант двупланетной задачи, где орбиты c малыми эксцентриситетами и взаимным наклоном могут иметь произвольную ориентацию относительно главной (картинной) плоскости. Модель позволяет изучать широкий класс экзопланетных систем с углом наклона орбит отличного от Для вывода уравнений вековой эволюции орбит вместо классической функции возмущений используется взаимная гравитационная энергия колец Гаусса, полученная в виде ряда с точностью до членов второго порядка малости. Разработан теоретический метод, в котором для описания каждой орбиты вместо оскулирующих элементов Лагранжа без потери информации вводится вектор, перпендикулярный к плоскости орбиты и переменные Пуанкаре. Для этих неизвестных получена и в аналитическом виде решена замкнутая система из 10 дифференциальных уравнений. Метод применяется для исследования вековой эволюции экзопланетной системы TOI-1130.
Показать АннотациюПредставлены результаты фотометрии двух сверхновых в NGC\,4666: SN Ia ASASSN-14lp и SN Ib 2019yvr, а также спектроскопические наблюдения SN\,2019yr. Построены кривые блеска и определены их основные параметры. Сверхновая ASASSN-14lp оказалась достаточно типичным объектом класса Ia с пониженной скоростью падения блеска после максиума и большим поглощением света. Используя зависимость абсолютных звездных величин SNe Ia от параметров кривых блеска, получена оценка расстояния до галактики NGC\,4666. Спектр SN\,2019yvr в период около максимума блеска, максимальная светимость и характер кривых блеска в первые 90 суток после максимума демонстрировали признаки типичной сверхновой класса Ib, причем поглощение света оказалось больше, чем у ASASSN-14lp. Обнаружено уменьшение скорости падения блеска при фазе около 90 суток. Осуществлено моделирование кривых блеска с помощью кода STELLA, определены физические параметры оптимальной модели. Показано, что согласие модели с наблюдениями нарушается через $\sim$40 суток после максимума, для объяснения расхождения предложена модель с дополнительным источником энергии за счет замедления вращения сформировавшегося при взрыве магнитара.
Показать АннотациюМода собственных колебаний Земли 1S1 (мода Шлихтера) возникает при колебаниях внутреннего твердого ядра Земли относительно внешнего жидкого ядра. В работе выполнен поиск и оценка моды Шлихтера после землетрясения Тохоку 2011 года по данным Баксанского лазерного интерферометра-деформографа. Для поиска и оценки параметров моды использовался алгоритм на основе метода максимального правдоподобия (ММП). Получена наиболее вероятная оценки вырожденной частоты моды и параметров её расщепления, которая может быть связана с наличием возбуждения моды Шлихтера в исследуемых данных. Для найденного периодов моды получена оценка скачка плотности между внутренним и внешним ядром Земли. Впервые выполнено сравнение потенциальных возможностей Баксанского деформографа и сверхпроводящих гравиметров сети IGETS для задачи наблюдения моды Шлихтера на примере одного и того же землетрясения. Отмечена близость найденной оценки моды по деформационным наблюдениям с полученной ранее одной из оценок по гравиметрическим наблюдениям, а также с теоретическим значением по модели PREM.
Показать АннотациюНадежное прогнозирование метеорологических, гидротермодинамических и ледовых характеристик на акватории Западно-Арктических морей России с использованием моделей атмосферной циркуляции, морской циркуляции и морского льда в настоящее время невозможно без усвоения данных наблюдений. Оно позволяет повысить качество начального состояния гидрофизических и ледовых характеристик в моделях для проведения прогностических расчетов и, тем самым, улучшить их точность. В работе представлен метод усвоения спутниковых данных по температуре поверхности моря SST (Sea Surface Temperature) и сплочённости ледяного покрова SIC (Sea Ice Concentration) в модели морской гидротермодинамики INMOM с использованием программного комплекса DART (Data Assimilation Research Testbed) с оценкой корректности работы используемого алгоритма усвоения. Проведен сравнительный анализ точности прогностических расчетов состояния морской гидротермодинамики с усвоением спутниковых данных SST и SIC и без усвоения. Показано, что усвоение спутниковых данных уменьшает среднеквадратичное отклонение (СКО) результатов расчетов от данных наблюдений на ~80% для SST и на 60–80% для SIC по сравнению с расчетом без усвоения. Временная изменчивость СКО при прогнозе SST и SIC показала, что наибольшие их ошибки наблюдаются в периоды интенсивного прогрева верхнего слоя моря и таяния льда. Отмечена важность совместного усвоения данных SST и SIC: более точное воспроизведение SST повышает точность расчетов потоков тепла и соли на границе океан-лёд, которые регулируют процессы термического нарастания/таяния льда, и как следствие улучшается воспроизведение площади льда и его кромки. В свою очередь, более корректный расчет SIC напрямую повышает точность расчетов потоков тепла на границе вода-воздух и, тем самым, и SST.
Показать Аннотацию