А. П. Черняев$^{1,2}$, А. А. Ким$^{1,2}$, Е. Н. Лыкова$^{1,2}$, Ф. Р. Студеникин$^{1,2}$, А. А. Щербаков$^{1,2}$

Настоящий обзор посвящен истории развития медицинской физики в России и Московском университете. В нем выделены основные исторические вехи ее развития. Особо отмечена историческая роль Московского университета в развитии физических методов и технологий в медицине. Отмечены яркие идеи российских ученых, положенные в основу высокотехнологичных приборов и систем, работающих в медицине, а также яркие моменты истории развития ядерно-физических технологий для этих целей. Описываются этапы создания и совершенствования радиационных высокотехнологичных физических установок, методов и технологий в отечественной медицине. Прослеживаются тенденции развития радиационных технологий в медицине в России и мире, а также потребности российского здравоохранения для его устойчивого развития в нынешних условиях. В обзоре описано состояние кадрового обеспечения этого направления медицины и представлены принципы построения системы подготовки и переподготовки кадров в Московском университете дляреализациизадачиразвитияивнедрениявмедицинскуюпрактикурадиационныхтехнологий. Проводится анализ тенденций применения ядерно-физических методов в российской медицине. Предлагаются эффективные подходы обеспечения технологической независимости экономики нашей страны.

Guiding Infrastructure of Energy Solution for Open System

A. В. Moldavanov$^1$

A phenomenon of the forming of a guiding topology in energy development of an open thermodynamic system (OTS) through the establishing of energy infrastructure shaped due to confinement of the parameters of energy exchange is considered. The infrastructure consists of two interconnected energy spectra intrinsically stemming from the suggested model of OTS. These spectra are based on innate limitation imposed on the efficiency of energy exchange (primary spectrum) and the net passing energy (secondary spectrum). In this context, the primary spectrum creates the quantitative basis for realization of solution in the points of equilibrium, whereas the secondary spectrum forms the grounds for bidirectional transfer between the evolutionary-spaced points.

А. И. Филеткин

Разработан аналитический метод оптимизации орбитальных параметров космической группировки для измерения гравитационного поля Земли (ГПЗ). Метод основан на поиске циклов повторяемости подспутниковых трасс при невозмущённом кеплеровском движении с условием кратности целого числа оборотов спутника за целое число узловых дней. Путём сопоставления результатов аналитического и численного подходов получена функциональная зависимость, позволяющая определять высоту орбиты космического аппарата с точностью до 30 метров для возмущённого движения. В работе рассматриваются две временные шкалы интегрирования орбиты: полный цикл покрытия (30 дней) и подцикл (7 дней). Для найденных оптимальных конфигураций выполнено полномасштабное интегрирование орбитального движения и восстановление ГПЗ, что позволило оценить влияние орбитальных параметров на точность восстановленного поля.

А. П. Миронов$^1$, В. К. Милюков$^1$, А. Н. Овсюченко$^2$, Х. М. Хубаев$^3$, С. О. Дзебоев$^3$

Представлен анализ современной геодинамической обстановки территории Владикавказа, вы­ полненный по данным многолетних ГНСС наблюдений на постоянных станциях и полевых пунк­тах Осетинского геодинамической полигона. Оценки скоростей выполнены в двух системах отсче­та: глобальной ITRF и локальной, относительно неподвижной Евразии. В системе ITRF движение региона согласуется с общим движением всего Большого Кавказа в северо-восточном направлении со скоростью 27—30 мм/год. Результаты профилирования скоростей в локальной системе отсчета выявили ряд разнонаправленных кинематических особенностей, определяющих современный гео­динамический режим этого региона. Полученные результаты, а также результаты сейсмологиче­ских исследований свидетельствуют о том, что город Владикавказ находится в зоне относительно активных геодинамических процессов.

А. В. Бедда$^{1,2}$, М. О. Асташенков$^{1,2}$, П. А. Вшивцева$^{1,2}$, В. И. Денисов$^{1,2}$

Проведено вычисление статической части аксионоподобного поля, создаваемого вращающейся нейтронной звездой: пульсара или магнетара. Показано, что это статическое поле распределено анизотропно вокруг звезды, образуя дилатонное гало. Сделан вывод, что для электромагнитных волн это гало будет служить анизотропной линзой.

Решение релятивистского волнового уравнения для массивных часттц со спином 1/2 на основе метода Герона

А. М. Калитенко, П. И. Пронин

Представлен новый метод решения релятвистского волнового уравнения для массивной частицы со спином 1/2. Релятивистские волновые функции получены с использованием нейронных сетей. В нашем подходе используются двухкомпонентные волновые функции. Метод опробирован на примере двух физических систем -водородоподобного атома и заряженной частицы в однородном магнитном поле. Вчисленные энергетические спектры согласуются с аналитическими решениями, полученными на основе уравнения Дирака. рАзработанный метод может найти применение сложных задач квантовой физики и химии.

Ю. А. Еремин, В. В. Лопушенко

Рассматривается влияние квантовых эффектов на сечение поглощения золотых наночастиц с полимерным покрытием. Подобные слоистые структуры используются в качестве фототермических агентов при лечении онкологических образований. Для исследования используется модификация метода дискретных источников. Моделирование квантовых эффектов в плазмонном ядре осуществляется на основе мезоскопических граничных условий с параметрами Фейбельмана, которые позволяют учитывать такие квантовые эффекты, как пространственную нелокальность, смещение электронного облака по отношению к поверхности металла и затухание Ландау. В результате исследований установлено, что посредством изменения геометрии плазмонного ядра возможно управлять положением максимума сечения поглощения в окне прозрачности биоматериалов, в то время как вариация его объема влияет только на амплитуду сечения. Показано, что учет квантового эффекта приводит к смещению максимума сечения поглощения в область коротких волн на 10-15 нм, а также небольшому снижению его амплитуды в пределах 5%.

П. А. Спирин

Предлагается непертурбативное вычисление перенормированной функции Грина безмассового действительного скалярного поля~$\phi$ в трехмерном пространстве с двумерным потенциалом нулевого радиуса, локализованным на бесконечной прямой. Подобный потенциал соответствует экзотическому пределу $\xi\to\infty$, $\beta'\sim 1/\xi $ поляризации вакуума в пространстве космической струны. Подход предполагает перенормировку константы связи~$\lambda$. Перенормированные евклидова и адамарова функции Грина представлены в эквивалентных формах в виде однократных интегралов от специальных функций. С использованием перенормированной функции Адамара вычислены перенормированные вакуумные средние квадрата поля и оператора тензора энергии-импульса, исследованы асимптотические случаи.

А. С. Наумов, В. Ю. Попов

Рассматривается задача восстановления неизвестного временно-зависимого гамильтониана двухуровневой квантовой системы по данным о динамике системы. Предложен метод на основе нейронной сети в схеме Neural ODE, в котором непрерывная эволюция состояния моделируется интегрированием уравнения Шрёдингера с параметрической моделью гамильтониана, реализо ванной сетью. В качестве входных данных используются измеренные временные ряды средних значений операторов Паули для кубита. Обучение сети проводится путём минимизации разности между экспериментально наблюдаемыми и смоделированными траекториями квантовых наблю даемых. На примере моделирования динамики спина в переменном магнитном поле показано, что предложенный подход позволяет с высокой точностью восстанавливать параметры временного га мильтониана, не требуя прерывания квантовой эволюции. Результаты демонстрируют, что Neural ODE-модель обеспечивает непрерывный учёт временного параметра и надёжную реконструкцию динамики системы в условиях ограниченных данных и шума.

С. В. Колесников$^1$, И. Н. Колесникова$^2$

Магнитные атомные цепочки имеют потенциальные приложения в различных перспективных областях физики, таких как спинтроника, квантовые коммуникации и квантовые вычисления. Одним из возможных способов исследования магнитных свойств атомных цепочек на больших временных масштабах является кинетический метод Монте-Карло (КММК). В настоящей работе мы предлагаем новую КММК модель, учитывающую зависимость частотных префакторов от параметров цепочки. Наши результаты показывают, что эмпирическое правило Мейера-Нелделя применимо к магнитным системам: более высокие энергетические барьеры соответствуют более высоким частотным префакторам. Используя геодезический метод упругой ленты и гармоническое приближение теории переходного состояния, мы вычислили поправки, обусловленные неколлинеарностью магнитных моментов атомов в переходном состоянии. Обсуждаются ограничения применимости предложенной КММК модели. Показано что, в общем случае, зависимостью частотных префакторов от параметров атомной цепочки нельзя пренебрегать.

В. Т. Ворончев

Подробно изложен метод нахождения матричных элементов гамильтониана системы из трех частиц на многомерном гауссовом базисе для использования в задачах ядер- ной и атомной физики, а также ядерной астрофизики. Рассмотрены как центральные, так и нецентральных (спин-орбитальные и тензорные) взаимодействия между части- цам. Показано, что разработанная методика позволяет свести вычисление матричных элементов к относительно простым аналитическим формулам, призванным обеспечить высокую точность численного расчета собственных значений гамильтониана.

В. В. Варламов$^1$, А. И. Давыдов$^2$, В. Н. Орлин$^3$

Показано, что с использованием опубликованных результатов разных экспериментов, выполненных на пучках тормозного γ-излучения, во многих случаях возможно получение новых данных о фоторасщеплении ядер, прежде всего, сечений фотонейтронных реакций, которые ранее не были известны. Такие возможности реализованы в случаях ядер 52Cr и 68Zn. Неопубликованные ранее сечения σ(γ, 2n) и σ(γ, xn) = σ(γ, 1n) + 2σ(γ, 2n) в случае ядра 52Cr и σ(γ, 1n), σ(γ, 2n) и σ(γ, sn) = σ(γ, 1n) + σ(γ, 2n) в случае ядра 68Zn были впервые получены на основе опубликованных экспериментальных данных. Установлено, что экспериментальные сечения парциальных реакций на ядре 52Cr не удовлетворяют объективным физическим критериям достоверности. Новые сечения таких реакций 52Cr(γ, 1n) и 52Cr(γ, 2n)50Cr, удовлетворяющие физическим критериям, оценены с помощью экспериментально-теоретического метода и использованы для определения и нового сечения полной фотонейтронной реакции 52Cr(γ, sn). В случае ядра 68Zn при использовании единственного опубликованного экспериментального сечения выхода нейтронов 68Zn (γ, xn) c помощью экспериментально-теоретического метода впервые получены новые неизвестные ранее сечения парциальных реакций 68Zn(γ, 1n)67Zn и 68Zn(γ, 2n)66Zn, а также сечение полной фотонейтронной реакции 68Zn(γ, sn).

И. А. Артюков$^1$, А. В. Виноградов$^1$, Р. М. Фещенко$^1$, В. И. Шведунов$^{1,2}$

В работе обсуждаются модели и методы расчёта излучения лазерно-электронных генераторов рентгеновского или гамма излучения на основе классической модели взаимодействия. Предлагаемая модель обеспечивает расчёт полного поток, спектральной яркости и поляризации излучения с учётом нелинейных эффектов. Последние неизбежно возникают при использовании мощных лазерных импульсов. Для набора ряда модельных параметров источника показано, что нелинейные эффекты приводят к значимому спектральному уширению излучения как основной гармоники, так и высших гармоник. Это ведёт к существенной деградации спектральных характеристик источника и может потребовать дополнительной монохроматизации спектра рабочего излучения. Проведено моделирование параметров рентгеновского и гамма излучения лазеро-электронного источника при использовании коллиматорных линий формирования пучка.

А. В. Голда$^2$, Е. Л. Исупов$^1$, А. А. Русова$^2$, В. Б. Рыжков$^2$

Реакции фото- и электророждения одиночных пионов на протоне, а также состояния $\pi^+\pi^-p$ предоставляют наиболее обширный массив информации о спектре и структуре нуклонных резонансов ($N^*$). Изучение процессов электромагнитного возбуждения $N^*$ важно для понимания динамики непертурбативного сильного взаимодействия, ответственного за генерацию доминирующей части видимой массы во Вселенной. Эксперименты, проведённые на детекторе CLAS (Лаборатория Т. Джефферсона, США), существенно расширили наше понимание физики нуклонных резонансов, было измерено более чем $150000$ точек дифференциальных сечений и различных поляризационных наблюдаемых. В статье представлены избранные результаты программы изучения $N^*$ в Лаборатории Т. Джефферсона, а также направление будущих исследований с фокусом на сотрудничестве МГУ/JLAB.

М. П. Малахов$^{1,2}$, А. М. Федотов$^1$, И. Б. Мухин$^3$, С. Г. Рыкованов$^{2,3}$

В работе исследуется взаимодействие фокусированного электронного пучка с коротким лазерным импульсом в нелинейном режиме. На основе численного моделирования выполняется расчёт спектрально-угловых характеристик излучения для параметров электронного пучка, соответствующих 1-й станции ИКИ НЦФМ (Источника Комптоновского Излучения Национального Центра Физика и Математики). Анализируется влияние поляризации и параметров фокусировки лазерного импульса, а также энергетического разброса и нормированного поперечного эмиттанса электронного пучка на спектрально-угловые, угловые и спектральные распределения излучённой энергии. Показано, что при использовании более коротких и интенсивных лазерных импульсов взаимодействие переходит в нелинейный режим, и в спектре возникают высшие гармоники.

М. С. Косарев$^{1,2}$, Н. Н. Арсеньев$^1$, А. П. Северюхин$^{1,3}$

В рамках теории функционала плотности энергии (ФПЭ) исследуется влияние скоростных членов ФПЭ Скирма на высоту и положения кулоновского барьера в реакциях слияния $^{40}$Ca+$^{36-62}$Ca. Ядро-ядерные потенциалы вычислялись в рамках формализма двойной свертки. Показано, что усиление скоростных членов заметно улучшает описание кулоновского барьера в исследуемых реакциях. Изучена линейная корреляция между высотой и положением барьера. Выявлено влияние оболочечных эффектов на характеристики кулоновского барьера в реакциях $^{40}$Ca+$^{36-62}$Ca.

О. В. Порядина$^1$, С. С. Белышев$^{1,2}$, А. А. Кузнецов$^{1,2}$, Н. Ю. Фурсова$^2$, В. В. Ханкин$^2$

Рассматриваются возможности возбуждения и индуцированного распада ядерных изомеров на базе перспективного квазимонохроматического источника комптоновского излучения ИКИ, разрабатываемого в Национальном центре физики и математики. Обсуждаются экспериментально подтвержденные случаи фотоиндуцированного девозбуждения изомеров, таких как ${}^{180m}$Ta, ${}^{108m}$Ag и ${}^{68m}$Cu, а также приводятся полученные количественные оценки для будущих фотоядерных экспериментов, в частности, на изотопах ${}^{165}$Ho и ${}^{199}$Hg. Показано, что планируемые параметры источника комптоновского излучения, такие как интенсивность и монохроматичность пучка, позволят в будущем проводить прецизионные измерения с высоким отношением сигнала к шуму. Полученные оценки скорости счета и числа регистрируемых $\gamma$-квантов на HPGe-детекторе подтверждают принципиальную возможность проведения активационных экспериментов, а также демонстрируют перспективность разрабатываемого комплекса в решении широкого спектра задач в области ядерной фотоники, включая исследования структуры ядра и механизмов распада изомеров.

О. Д. Паращук$^1$, А. Ю. Сосорев$^1$, Т. С. Мустафин$^1$, А. А. Трубицын$^1$, И. В. Чичерин$^2$, У. Е. Пиунова$^2$, Д. Ю. Паращук$^1$

Компактность биомолекул во многом определяет их функциональность. Ранее было показано, что компактность ДНК и РНК может быть оценена из относительной интенсивности низкочастотной (НЧ) области спектров комбинационного рассеяния (КР), однако возможность применения такого подхода к комплексам и смесям ДНК с другими биомолекулами оставалась неопределённой вследствие неизвестного относительного вклада этих молекул в НЧ спектр КР. В настоящей работе сопоставлены экспериментальные спектры КР ДНК, белка, жирной кислоты, и показано, что интенсивность НЧ области существенно выше для нативной ДНК, чем для биомолекул двух других типов. Кроме того, показано, что при образовании комплекса между ДНК и белком, форма спектра КР комплекса близка к форме спектра ДНК, а относительная интенсивность НЧ области спектра уменьшается. Это свидетельствует о доминировании сигнала КР от ДНК и об увеличении компактности ДНК при комплексообразовании. Полученные результаты способствуют развитию методики оценки степени компактности различных биомолекул на основе анализа НЧ спектров КР и её применению к сложным биомолекулярным системам, например, ядрам клеток.

Е. И. Киселев$^1$, А. В. Разгулин$^1$, Н. Г. Ирошников$^2$

Рассматривается обратная задача восстановления многоканального изображения, искажённого вследствие дефокусировки и сопутствующей ей хроматической аберрации. Такая постановка возникает в прикладных задачах офтальмологии, связанных с диагностикой живых структур глаза человека оптическими методами in vivo. Предложена математическая модель, описывающая формирование многоканального изображения на основе системы интегральных уравнений типа свёртки. Для решения некорректной обратной задачи восстановления многоканального изображения разработан алгоритм на основе модифицированного итерационного неявного метода регуляризации Тихонова в сочетании с правилом выбора локализованного по частотам параметра регуляризации и критерием останова. Результаты работы программной реализации предложенного метода позволяют судить о его эффективности в обратной задаче восстановления многоканального изображения, в том числе для случая изображений большого разрешения, характерных для медицинских приложений.

С. А. Буриков$^1$, К. А. Бузанов$^1$, И. В. Пластинин$^2$, В. И. Панов$^1$, С. В. Кузнецов$^3$, В. Ю. Пройдакова$^3$, В. В. Воронов$^3$, Т. А. Доленко$^1$

В настоящей работе рассмотрено влияние концентраций ионов иттербия и тулия на зависимость интенсивности люминесценции наночастиц NaYF4:Yb/Tm от режима и интенсивности оптической накачки. Проанализированы два режима возбуждения люминесценции: непрерывный и импульсный. Установлено, что изменение концентраций иттербия и тулия не приводит к изменению хода кривой зависимости интенсивности люминесценции наночастиц от интенсивности оптической накачки как при импульсном, так и при непрерывном возбуждении.

А. А. Жеребцов$^1$, М. А. Таразанова$^1$, Г. А. Шарадзе$^2$, К. Н. Двоеглазов$^2$, Е. Ю. Павлюкевич$^2$, В. И. Панов$^3$, В. А. Петров$^4$, Г. С. Будылин$^4$

Концентрация азотной кислоты является одним из ключевых параметров, определяющих эффективность и устойчивость жидкоэкстракционных процессов, в том числе схем переработки отработанного ядерного топлива. Традиционные лабораторные методы контроля (титрование и др.) ограниченно пригодны для оперативного мониторинга в замкнутых и радиационно опасных системах, что обуславливает интерес к оптическим методам для контроля параметров в режиме реального времени. В работе представлена проточная измерительная установка, использующая спектроскопию комбинационного рассеяния, для онлайн-определения концентрации азотной кислоты в водной фазе в широком диапазоне концентраций. Система позволяла регистрировать спектры в геометрии обратного рассеяния с оптоволоконной доставкой и сбором излучения. Для обработки спектров рассмотрен вариант параметризации OH-полосы в области 3000--3800 см^{-1} с последующим использованием рациометрического спектрального показателя в качестве калибровочного признака, для которого рассмотрены линейная и полиномиальная (третьего порядка) калибровочные модели. Оценка точности методом перекрёстной проверки (leave-one-group-out) показала, что для водных растворов азотной кислоты без примесей медианное абсолютное отклонение определяемой концентрации составляет 0.14 M для линейной модели и снижается до 0.07 M при использовании полиномиальной аппроксимации. В присутствии уранил-иона (100 г/л по U) медианная погрешность возрастает до ~0.35 M, оставаясь ниже 10% в области концентраций свыше 3 M. Полученные результаты демонстрируют возможность применения спектроскопии комбинационного рассеяния с анализом формы OH-полосы для онлайн-контроля кислотности технологических растворов при необходимости учёта матричных эффектов металлов при построении калибровочных моделей.

Т. П. Каминская, А. Е. Иешкин, А. А. Алероев, К. Ф. Миннебаев, А. А. Татаринцев, И. С. Терёшина

В работе проведено сравнительное исследование влияния частичного замещения железа кобальтом, а также влияния различных методов обработки поверхности на свойства магнитострикционного сплава Tb0.3Dy0.7Fe2 (терфенол-Д) со структурой фаз Лавеса. С помощью атомно-силовой, магнитно-силовой и сканирующей электронной микроскопии изучены структурные особенности поверхности после механической полировки, химического и ионного травления. Показано, что замещение атомов Fe на атомы Co оказывает значительное влияние на доменную структуру образцов. Проведённый анализ полученных результатов позволил определить оптимальные методы подготовки поверхности для исследования свойств высокострикционного сплава Tb0.3Dy0.7Fe2 и замещенного состава Tb0.3Dy0.7Fe1.8Co0.2.

И. Д. Кучумов$^1$, М. Н. Мартышов$^1$, А. С. Ильин$^1$, А. И. Новосельцев$^2$, Т. П. Савчук$^2$, П. А. Форш$^1$, П. К. Кашкаров$^{1,3}$

В данной работе представлена структура Ti/HfOx/TiN, способная переключаться как между резистивными, так и между емкостными состояниями. По данным импедансной спектроскопии предположена эквивалентная электрическая цепь, которая объясняет резистивные переключения ростом филамента в слое оксида гафния и предполагает наличие слоя TiON в приконтактной области HfOx/TiN, который может объяснить наличие сегнетоэлектрического переключения емкости. Емкостное окно при переключении емкости составляет 185 пФ, что дает увеличение емкости на 75%, а сопротивление при резистивном переключении возрастает в 10 раз. Эти особенности делают наш образец универсальной структурой, которая может быть как конденсатором, так и резистором с несколькими состояниями. Это позволяет кодировать больше информации в одной ячейке и создавать более сложные логические элементы. Также может быть решена проблема паразитных токов, что кардинально улучшает энергоэффективность и надежность масштабируемых массивов памяти.

А. В. Беляев

Секреция фактора фон Виллебранда воспаленным эндотелием считется одним из биофизиче­ ских путей инициации тромбоза микрососудов при инфекционных заболеваниях. На начальном этапе этого процесса прикрепление первого слоя тромбоцитов к фактору фон Виллебранда является основой, а механические и гидродинамические явления оказывают заметное влияние на динамику тромбоза. В настоящей работе методами компьютерного моделирования исследованы особенности биомеханики адгезии тромбоцитов к воспаленному эндотелию в микрососуде. Расчеты проведены в диапазоне гемодинамических параметров, характерных для артериол малого размера. Результаты показывают, что адгезия тромбоцитов становится более интенсивной с увеличением скорости кровотока вследствие синхронного проявления двух физических механизмов.

М. В. Лебков$^1$, М. А. Носов$^{1,2}$

На основе аналитических решений задачи о генерации гравитационных поверхностных волн при движении по дну тела прямоугольной формы выполнен сравнительный анализ волновых возмущений, рассчитанных в рамках линейной длинноволновой и потенциальной теорий. Показано, что для условий, свойственных реальным подводным оползням, длинноволновая теория значительно (до нескольких порядков) завышает энергию волн, если горизонтальные размеры оползневого тела сравнимы с глубиной или менее глубины. В этой связи применение уравнений теории длинных волн для описания оползневых цунами должно ограничиваться случаями экстремально протяженных оползневых тел.