Многоуровневые исследовательские работы школьников на примере задач небесной механики
Многоуровневые исследовательские работы школьников на примере задач небесной механики
С. Б. Рыжиков$^1$, Ю. В. Рыжикова$^2$
Рассмотрена проблема вовлечения школьников в исследовательскую деятельность. Обозначена причина низкой мотивации школьников – первые результаты исследовательской работы появляются только через несколько недель. Предложена методика проведения многоуровневых работ, в которых результаты получаются уже на первом занятии. Рассмотрен пример подобной многоуровневой исследовательской работы на основе проблем небесной механики.
Показать АннотациюУравнения состояния и фазовые диаграммы
Уравнения состояния и фазовые диаграммы
П. Н. Николаев
В работе исследуется получение уравнений состояния термодинамических систем и расчет на их основе фазовых диаграмм. Проанализированы основные аспекты данной задачи, а также ее современное состояние. Рассмотрены аналитические и геометрические представления термодинамических свойств вещества.
Показать АннотациюЧисленное моделирование формирования звуков первого и второго тонов сердца
Численное моделирование формирования звуков первого и второго тонов сердца
М. В. Рябков$^1$, В. В. Грамович$^2$, Т. В. Мартынюк$^2$, В. Г. Андреев$^1$
Предложен алгоритм расчета первого и второго тонов сердца на основе колебательной модели с двумя степенями свободы. В модели учтены упругие параметры аортального и легочного клапанов, движение крови в близлежащих сосудах и их упругие колебания. Сила, действующая на легочный клапан во время его закрытия, рассчитывалась на основе разности давлений в правом желудочке и легочной артерии, которые определялись из данных катетеризации правых отделов сердца. Рассчитанные профили тонов сердца сравнивались с измеренными сигналами фонокардиограмм, зарегистрированными в процессе катетеризации. Показано хорошее соответствие сигналов при оптимальном выборе параметров клапана и сосудов. Выяснено, что соотношение пиков, частота и длительность сигналов тонов сердца наиболее чувствительны к величине скорости изменения давления при закрытии клапанов. Показано, что с помощью разработанной модели возможно прогнозировать вид профиля давления в правом желудочке после приема препарата для лечения легочной гипертензии. Результаты, полученные с использованием алгоритма, могут быть использованы для более детального понимания генерации тонов сердца у человека в норме и при патологии, а также разработки новых методов диагностики заболеваний сердца.
Показать АннотациюЧисленное сравнение итерационного и функционально-аналитического алгоритма при восстановлении рефракционно-поглощающих рассеивателей
Численное сравнение итерационного и функционально-аналитического алгоритма при восстановлении рефракционно-поглощающих рассеивателей
С. С. Зорин$^1$, А. С. Шуруп$^{1,2,3}$
В рамках численного моделирования выполнено сравнительное исследование итерационного и функционально-аналитического алгоритмов решения обратной задачи рассеяния, при восстановлении возмущений скорости звука и поглощения. Математическая сторона этих алгоритмов была ранее изложена в работах Р.Г. Новикова для уравнения Шредингера. В настоящей работе для случая двумерного скалярного уравнения Гельмгольца продемонстрированы эффективность итерационного алгоритма при восстановлении рассеивателей средней силы и преимущества функционально-аналитического подхода при восстановлении сильных рассеивателей, что соответствует известным теоретическим оценкам сходимости этих алгоритмов. Для улучшения сходимости итераций используется процедура фильтрации в пространстве волновых векторов, реализующая постепенный учет высокочастотных составляющих пространственного спектра функции рассеивателя.
Показать АннотациюМоделирование регистрации гамма-излучения сегментированными сцинтилляционными детекторами
Моделирование регистрации гамма-излучения сегментированными сцинтилляционными детекторами
А. А. Мкртчян$^1$, А. С. Позаненко$^2$, П. Ю. Минаев$^2$
Несмотря на многолетние исследования космических гамма-всплески (GRB) и гамма-вспышек земного происхождения (TGF), остается много открытых вопросов о модели генерации гамма-излучения этими источниками. Предполагается, что измерение линейной поляризации излучения может дать ответ на ряд нерешенных вопросов физики явлений. При регистрации гамма-излучения сцинтилляционными детекторами также возникает проблема мертвого времени, в течение которого прибор не способен зарегистрировать вновь поступивший квант излучения. Оно начинает играть существенную роль, когда поток гамма-излучения приближается к обратной величине мертвого времени детектора. Такие проблемы и возникают при регистрации гамма-вспышек земного происхождения и наиболее мощных космических гамма-всплесков. Однако с помощью сегментирования детектора можно с одной стороны уменьшить влияние мертвого времени, а с другой стороны измерить поляризацию излучения. В работе проведено моделирование регистрации поляризации излучения сегментированным сцинтилляционным детектором с помощью программного пакета Geant4.
Показать АннотациюИсследование динамики магнитоакустических волн в магнитных трубках солнечной короны при наличии нагрева, зависящего от магнитного поля
Исследование динамики магнитоакустических волн в магнитных трубках солнечной короны при наличии нагрева, зависящего от магнитного поля
Д. В. Агапова$^{1,2}$, Д. И. Завершинский$^{1,2}$, С. А. Белов$^{1,2}$
В данном исследовании были изучены дисперсионные свойства медленных магнитоакустических (МА) волн, которые распространяются в термически активной плазме. Для параметров плазмы, соответствующих «теплой» корональной петле, была рассчитана фазовая скорость медленных МА волн в приближении тонких потоковых трубок, как функция периода волн для различных сценариев коронального нагрева. Рассмотрен сценарий нагрева, основанный на наблюдениях затухающих медленных МА волн в долгоживущих корональных структурах Наличие магнитного поля в сценарии нагрева привело к зависимости модифицированной трубочной скорости, нового длинноволнового предел фазовой скорости при наличии теплового дисбаланса, от показателя степени у магнитного поля. А также был рассмотрен волновой сценарий нагрева, зависящий от показателя мощности спектра частот излучателя, который привел к неустойчивости энтропийных волн и устойчивости МА волн.
Показать АннотациюОпределение амплитудного дефекта для измерения энергии тяжелых ионов полупроводниковыми детекторами
Определение амплитудного дефекта для измерения энергии тяжелых ионов полупроводниковыми детекторами
Д. Н. Козлов
Определен амплитудный дефект полупроводникового стрипового детектора КДПС-1К в зависимости от массы и энергии регистрируемых тяжелых ионов. Произведены энергетические калибровки детектора с использованием источника α-частиц 226Ra, а также проведены калибровочные измерения на ускорителе ИЦ-100 в Лаборатории ядерных реакций Объединенного института ядерных исследований на пучках ионов 20Ne, 40Ar, 86Kr, 132Xe. Проведены исследования по измерению эффективной толщины «мертвого слоя» полупроводникового детектора и внесена поправка на потери энергии в этом слое. Представлено выражение для оценки поправки на амплитудный дефект при измерении энергии продуктов реакции в области энергий от 20 до 100 МэВ и масс от 20 до 132 а.е.м.
Показать АннотациюИзмерение чувствительности эксперимента NA62 (ЦЕРН) к поиску распадов $\pi^{0} \rightarrow 3\gamma$ и $\pi^{0} \rightarrow 4\gamma$
Измерение чувствительности эксперимента NA62 (ЦЕРН) к поиску распадов $\pi^{0} \rightarrow 3\gamma$ и $\pi^{0} \rightarrow 4\gamma$
К. Ю. Горшанов
Цель данной работы заключается в определении чувствительности эксперимента NA62 к поиску запрещенного в Стандартной Модели распада $\pi^{0}\rightarrow3\gamma$, который нарушает принцип C-инвариантности электромагнитных взаимодействий, и разрешенного в Стандартной Модели распада $\pi^{0}\rightarrow4\gamma$. Текущий верхний предел на относительную вероятность распада $\pi^{0}\rightarrow3\gamma$ ($\pi^{0}\rightarrow4\gamma$) составляет $3.1\times10^{-8}$ ($2\times10^{-8}$) с доверительным интервалом $90\%$. В качестве источника $\pi^{0}$ в настоящей работе используется распад $K^{+}\rightarrow\pi^{+}\pi^{0}$. Разработаны критерии отбора событий с тремя или четырьмя регистрирующимися продуктами от распадов $\pi^{0}$ на установке NA62. Детектор эксперимента NA62 и физические процессы в нем моделировались методом Монте-Карло с помощью специализированного пакета Geant4. Чувствительность эксперимента к одному сигнальному событию $\pi^{0} \rightarrow 3\gamma$ ($\pi^{0} \rightarrow 4\gamma$) без учета фоновых процессов составляет $\mathcal{O}(10^{-9})$, что на один порядок лучше текущих верхних пределов с доверительным интервалом $90\,\%$. Учет фоновых событий для каждого из распадов приводит к ухудшению чувствительности эксперимента NA62 до уровня текущих ограничений.
Показать АннотациюВозможность исследования (U+Cm+Pu)N топлива в реакторе на быстрых нейтронах
Возможность исследования (U+Cm+Pu)N топлива в реакторе на быстрых нейтронах
Д. Е. Ширкова$^1$, Т. С. Дикова$^1$
Основной проблемой рассматриваемой в данной работе является проблема переработки Отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). Минорные актиниды вносящие основной вклад в радиоактивность ОЯТ представляют из себя большую опасность в долгосрочной перспективе. В качестве одного из возможных решений данной проблемы предлагается выжигание минорных актинидов, путем добавления их к топливу реактора на быстрых нейтронах. Основным объектом настоящего исследования является активная зона реактора на быстрых нейтронах. В качестве прототипа был выбран реактор на быстрых нейтронах РБЕЦ. Целью работы стало исследование эффективности использования Кюрия в качестве фракции к топливу реактора РБЕЦ. В ходе исследования была разработана гетерогенная расчетная модель активной зоны реактора РБЕЦ с кюрием в качестве фракций к топливу, а также произведен расчет нейтронно-физических характеристик активной зоны. Данные расчеты были произведены с использованием программного комплекса «Serpent». В результате исследования были рассчитаны нейтронно-физические характеристики активной зоны с модифицированным топливом, а также произведено сравнение с нейтронно-физическими характеристиками, полученными для стандартного уран-плутониевого топлива.
Показать АннотациюИзучение влияния аксиального профилирования ТВС (на примере модели Z49A2) на эффекты реактивности
Изучение влияния аксиального профилирования ТВС (на примере модели Z49A2) на эффекты реактивности
Э. А. Гердт, Р. А. Внуков
В работе представлены результаты изучения влияния аксиального профилирования выгорающего поглотителя в твэгах ТВС реактора ВВЭР-1200. Профилирование проводилось посредством разбиения твэга на 5 равных зон по высоте, в которых перераспределялись доли Gd, основываясь на данных о распределении плотности потока нейтронов по высоте твэга исходной модели. На следующем этапе проводился пересчет концентраций остальных изотопов таким образом, чтобы общее число ядер каждого изотопа в твэге до и после пересчета оставалось неизменным. Получены данные о снижении темпа потери реактивности, что позволяет выдвинуть утверждение о возможности продления топливной кампании. Проведена оценка изменения коэффициента воспроизводства, исследовано влияние профилирования на безопасность с позиции эффектов реактивности, доли запаздывающих нейтронов. Существенного влияния на КВ и долю запаздывающих нейтронов технология профилирования твэга не оказала, Доплер-эффект оказался практически идентичным, плотностной эффект реактивности в начале кампании оказался более отрицательным, в конце менее. Рассмотрено накопление минорных актинидов (МА). Результаты показали, что после профилирования концентрации МА возрастают. Данный аспект был обоснован расчётом ячейки твэг, который показал, что после профилирования спектр нейтронов затепляется на 50% вследствие чего возрастают скорости реакций накопления МА. Снятые параллельно данные об энерговыделении в соседних таблетках на границах зон профилирования показали значительный градиент энерговыделения ближе к периферии, порядка 15%. Данный результат требует обоснования безопасности с позиции термомеханики.
Показать Аннотацию