Моделирование взаимодействия солнечной радиации с элементами растительности при помощи метода Монте-Карло
Моделирование взаимодействия солнечной радиации с элементами растительности при помощи метода Монте-Карло
И. Д. Сергеев, Н. Т. Левашова
Целью данной работы является математическое моделирование переноса радиации в элементах растительного покрова, геометрия которых близка к реальным, с помощью программной реализации метода Монте-Карло. Информация об отраженной растением радиации нужна для моделирования фотосинтетической активности деревьев, а следовательно, для моделирования потоков углекислого газа, поглощаемых или выделяемых растениями, что является одной из важнейших задач экологии. По определению метод Монте-Карло — это метод моделирования случайных величин и процессов для вычисления характеристик их распределений. Процесс переноса излучения в неоднородных средах моделируется как случайная марковская цепь столкновений фотонов с веществом, и целью метода Монте-Карло является нахождение среднестатистических характеристик этого процесса. В данной работе в качестве объекта используется небольшая веточка березы. В связи с возможностью использования для проведения расчетов современных многопроцессорных систем, возникает необходимость обеспечения распараллеливания вычислений, что может позволить существенно снизить время проведения расчетов.
Показать АннотациюИсследование устойчивости по Хайерсу-Уламу системы стохастических дифференциальных уравнений в модели автоволнового процесса видообразования в эволюции организмов.
Исследование устойчивости по Хайерсу-Уламу системы стохастических дифференциальных уравнений в модели автоволнового процесса видообразования в эволюции организмов.
Е. П. Георгиевская, Н. Т. Левашова
В настоящей работе представлены результаты исследования устойчивости стохастического дифференциального уравнения, использующегося в модели накопления генных мутаций в процессе эволюции организмов. В ходе численной реализации была выявлена необходимость в получении критерия, которому должны отвечать параметры задачи, для того, чтобы решение оставалось в границах, определяемых физическим смыслом. Для решения данной задачи было проведено исследование стохастического уравнения на устойчивость по Хайерса-Улама. Полученный в результате критерий хорошо согласуется с численным экспериментом.
Показать АннотациюИспользование метода Монте-Карло для расчёта ряда изомеров некоторых нейромедиаторов
Использование метода Монте-Карло для расчёта ряда изомеров некоторых нейромедиаторов
Я. С. Гусев
В работе изложен и применён современный, эффективный и экономичный с точки зрения вычислений численный метод решения уравнения Шредингера в части построения ряда энергетических изомеров молекул нейромедиаторов глицин и дофамин с целью исследования их внутреннего строения. Построен ряд энергетических изомеров этих молекул, включающий как уже известные конфигурации, так и принципиально новые.
Показать АннотациюО влиянии гостевых молекул CH$_4$, C$_2$H$_6$, CO$_2$, Xe и H$_2$S на стабильность sI-гидрата
О влиянии гостевых молекул CH$_4$, C$_2$H$_6$, CO$_2$, Xe и H$_2$S на стабильность sI-гидрата
М. Б. Юнусов$^1$, Р. М. Хуснутдинов$^{1,2}$
В настоящее время гидраты вызывают заметный интерес среди исследователей, что обусловлено: во-первых, использованием газогидратов в качестве перспективных источников углеводородной энергии, а во-вторых возможностью применения таких молекулярных систем в качестве резервуаров для хранения водорода. Термодинамические свойства, кинетика образования и фазовые диаграммы газовых гидратов хорошо изучены, на что свидетельствует большое число экспериментальных и теоретических исследований. Несмотря, на это остаются открытыми вопросы, связанные с отсутствием понимания механизмов структурообразования и стабильности молекулярных комплексов по типу «гость-хозяин». В данной работе в рамках теории функционала плотности были исследованы некоторые аспекты структурной стабильности газовых гидратов. Показано, что включение молекулы газа в полости гидрата приводит к отталкиванию узлов полости, что свидетельствует о структурной стабилизации гидрата. Были рассчитаны энергии связей для таких газов как CH$_4$, C$_2$H$_6$, CO$_2$, Xe и H$_2$S, помещенные в малые (D-) и большие (T-) полости клатратных гидратов. Выяснено, что небольшие молекулы CH$_4$, Xe, H$_2$S лучше стабилизуют D-полости, в то время как большие молекулы C$_2$H$_6$ и CO$_2$ лучше стабилизируют T-полости гидратов. Получены плотности электронных состояний для гидрата с/без включения молекулы газа. При включении молекулы газа обнаружено смещение энергии электронной подсистемы гидрата, что свидетельствует о снижении полной энергии системы и повышению ее стабильности.
Показать АннотациюСоздание нейронной сети для анализа локальной атомной структуры
Создание нейронной сети для анализа локальной атомной структуры
Э. Ф. Хаметова$^2$, О. Р. Бакиева$^1$
В данной работе рассматривается возможность исследования локальной атомной структуры вещества методом анализа протяженных тонких структур спектров энергетических потерь электронов (EXELFS – Extended Electron Energy Loss Fine Structure) с применением технологий нейронных сетей для определения параметров структуры: парциальных координационных чисел, длин химической связи и параметров тепловой дисперсии. В качестве модельных объектов были выбраны экспериментальные данные EXELFS спектров однокомпонентных систем, полученные в режиме на просвет. На первом этапе работы в качестве определяемого параметра было выбрано межатомное расстояние, поскольку для получения данной характеристики исходным экспериментальным данным требуется минимальная обработка. Рассмотрены различные методы обучения и виды нейронных сетей: обучение с учителем, обучение без учителя и обучение с подкреплением. Проведен анализ работ исследователей в области спектроскопии, решающих различные задачи с применением методов машинного обучения. Показаны результаты работы дополнительного модуля, способного анализировать спектры однокомпонентных систем.
Показать АннотациюПланарное приближение в теории динамо со случайными коэффициентами при наличии вертикальных потоков спиральности
Планарное приближение в теории динамо со случайными коэффициентами при наличии вертикальных потоков спиральности
М. Г. Сердюков$^1$, Е. А. Михайлов$^{1,2}$
Генерация магнитных полей в различных космических объектах описывается с помощью механизма динамо. В случае галактик одной из наиболее эффективных моделей является планарное приближение, созданное для тонких дисков. Оно характеризует эволюцию поля с помощью усредненных значений параметров, связанных с кинематическими характеристиками межзвездной среды. Между тем, в случае наличия ряда активных процессов необходимо рассматривать существенные флуктуации данных параметров, а также вертикальные потоки. В настоящей работе рассмотрены уравнения для динамо в тонком диске со случайными коэффициентами, исследованы различные случайные возмущения, представляющие как астрономический, так и математический интерес. Показано наличие перемежаемости, когда старшие моменты растут быстрее младших. Важно отметить, что в настоящей работе использовались большие выборки, на порядки превышающие те, которые применялись в предшествующих работах.
Показать АннотациюМоделирование свойств жёсткости наноразмерных структур кремниевой электроники с учётом неровности
Моделирование свойств жёсткости наноразмерных структур кремниевой электроники с учётом неровности
С. О. Демидов$^{1,2}$, А. А. Шарапов$^{1,2}$
Приведенная работа посвящена исследованию наноструктур по части механических свойств. Особое внимание мы уделяем поведению наноструктур при наличии шероховатости. Исследования в данной области идут в трёх направлениях: 1) изучение особенностей проявления шероховатости во время формирования наноструктур 2) разработка методов оценки величины шероховатости (амплитуды, пространственной частоты, фрактальной постоянной с помощью РЭМ, АСМ, исследования спеклов) 3) моделирование механических, температурных свойств, электрофизических свойств элементов кремниевой микроэлектроники на основе данных наноструктур. Данная работа посвящена именно моделированию [1]. При переходе к поперечным размерам наноструктур ниже 100 нм вопрос управления шероховатостью стоит всё острее, так как увеличивается влияние геометрических неравномерностей на электрофизические параметры устройств [2, 3]. Кроме того, при уменьшении соотношения ширины к высоте плавниковых наноструктур начинают всё более заметно проявляться пластические свойства [4, 5]. Мы предполагаем, что в ходе процессов формирования данный размерный эффект может вносить значительный вклад в проявление наноразмерной шероховатости. Первые шаги к оценке этого вклада мы выполняем в данной работе. В результате были получены графические зависимости жесткости плавниковой структуры при разных значениях форм-фактора, а также проведен анализ собственных частот структуры.
Показать АннотациюИсследование трикальцийфосфата с примесью ионов гадолиния методом электронного парамагнитного резонанса
Исследование трикальцийфосфата с примесью ионов гадолиния методом электронного парамагнитного резонанса
М. А. Садовникова$^1$, Ф. Ф. Мурзаханов$^1$, Г. В. Мамин$^1$, И. В. Фадеева$^2$, М. Р. Гафуров$^1$
В данной статье методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) исследован материал трикальцийфосфат (ТКФ) с примесями ионов гадолиния Gd3+, являющийся крайне перспективным в ортопедии и стоматологии из-за высокой биосовместимости с костной тканью человека и наличия таких важных свойств как остеокондуктивность и биорезорбция. Для контроля каждого этапа заживления и степени регенерации твердых тканей необходимо использовать физические методы визуализации (рентгенография, компьютерная томография (КТ) и магнитно-резонансная томография (МРТ)) с помощью добавления контрастных веществ (Gd3+) к заменителю кости ТКФ. В ходе исследования было однозначно установлено, что гадолиний с валентностью 3+ встраивается в кристаллическую решетку ТКФ, не повреждая её и не изменяя локальное окружение. Симулирование спектров ЭПР разными наборами параметров тонкой структуры (кристаллического поля) указывает на наличие двух неэквивалентных позиций Gd3+ (при крайне малых концентрациях x = 0.001) с аксиальной и более низкой симметрией. Обнаружены и идентифицированы низкополевые резонансные поглощения с эффективными g-факторами 5.9, 2.8 и 2, относящиеся к высокоспиновым S = 7/2 центрам в ориентационно-неупорядоченных образцах.
Показать АннотациюСканирующая капиллярная микроскопия в исследовании опухолевых клеток и клеток крови
Сканирующая капиллярная микроскопия в исследовании опухолевых клеток и клеток крови
Т. О. Советников$^{1,4}$, И. В. Яминский$^{1,4}$, А. И. Ахметова$^{2,4}$, М. А. Тихомирова$^{2,3}$
Сканирующая ион-проводящая микроскопия или сканирующая капиллярная микроскопия (СКМ) – одна из методик сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ), основанная на использовании нанокапилляров. Основными преимуществами СКМ перед остальными методами СЗМ являются несиловое воздействие на объект исследования в процессе измерения, а также возможность проводить измерения в естественной среде – в жидкости, вследствие чего эта методика стала активно использоваться в биологических и медицинских исследованиях. Сегодня СКМ может использоваться для мультипараметрического анализа поверхности вещества и проходящих вблизи нее процессов. В биоприложениях СКМ самыми актуальными направлениями работ являются изучение живых систем с широким временным разрешением (от минут до дней) и разработка методик адресной доставки веществ к поверхности исследуемого объекта с целью изучения его отклика на внешнее воздействие. В данной работе представлены результаты исследования морфологии клеток карциномы человека и жизненного цикла эхиноцитов крови человека с помощью капиллярной микроскопии. Капиллярная микроскопия при этом позволяет не только визуализировать исследуемые объекты, но и дает возможность получать и использовать ряд экспериментальных данных в диагностических целях.
Показать АннотациюПерспективы использования субмикронных ферритовых магнитных частиц в онкологии
Перспективы использования субмикронных ферритовых магнитных частиц в онкологии
А. А. Лактионов$^1$, А. Ф. Алыкова$^{1,2,3,4}$, О. М. Алыкова$^1$, А. В. Рыбаков$^1$, В. В. Смирнов$^{1,5}$
В последние годы большое внимание исследователей привлекают возможности использования магнитных наночастиц для обеспечения трансфера лекарственных средств к областям, затронутым злокачественными новообразованиями. Такое решение может быть организовано путем помещения нанодоз лекарства в полимерную или белковую оболочку с добавлением наночастиц ферритов с высокими значениями коэрцитивной силы. В этом случае становится возможным управление высвобождением лекарства за счет локального нагрева магнитным полем. В работе рассмотрена возможность получения наноразмерных частиц ферритов для включения их в состав таких наноконтейнеров и экспериментам по их разогреву переменным магнитным полем в составе различных биосовместимых суспензий. Размеры частиц до и после механической обработки в высокоэнергетической шаровой мельнице были измерены с использованием метода сканирующей электронной микроскопии. Полученные наночастицы смешивались с такими биологически совместимыми жидкостями, как реополиглюкин и глицерин с добавлением полиэтиленгликоля. Химический состав суспензии подтверждался методом КР-спектроскопии. В ходе экспериментов авторами измерялось время осаждения частиц ферритов в суспензиях. Полученные магнитные жидкости были помещены в переменное магнитное поле для определения возможности их разогрева. Результаты экспериментов позволяют говорить о перспективах использования данной технологии для создания наноконтейнеров.
Показать Аннотацию