Выпуск 3, 2024
Космические лучи сверхвысоких энергий: источники, процессы ускорений и явления ГЗК
Космические лучи сверхвысоких энергий: источники, процессы ускорений и явления ГЗК
В. А. Поминова$^1$, И. Ю. Трошин$^2$
Космические лучи сверхвысоких энергий (КЛСВЭ) достигают энергией 1020 эВ, что в миллион раз превосходит энергию, достигаемую на искусственных ускорителях частиц. Прилёт частиц высокой энергии из космоса происходит нечасто, поэтому требуются детекторы с большой площадью для регистрации таких событий. Необходимо понимать, какие известные эффекты могут ускорять и замедлять частицы до таких энергий. Верхним ограничением по энергии является эффект Грейзена-Зацепина-Кузьмина (ГЗК). Этот процесс существенно ограничивает величину возможного расстояния до источников, и он должен приводить к подавлению высокоэнергетический части спектра. В данной работе проводится анализ эффекта ГЗК для ядер от водорода до железа.
Показать АннотациюМоделирование воздействия ионов N2+ низкой энергии на монослои MoS2
Моделирование воздействия ионов N2+ низкой энергии на монослои MoS2
А. А. Соловых$^{1,2}$
Квазидвумерный дисульфид молибдена представляет собой перспективный полупроводниковый материал для создания элементов наноэлектроники благодаря тому, что ширина его запрещенной зоны может изменяться путем приложения механических напряжений, воздействия электрическим полем, а также легированием, которое можно осуществить при обработке. Однако, поскольку ионы плазмы могут приводить к деградации материала и появлению нежелательных изменений структуры, необходимо тщательно исследовать механизмы их взаимодействия с материалом, возникающие при этом эффекты и степень повреждения пленок. В настоящей работе с помощью динамического моделирования методом теории функционала плотности (DFT) с использованием алгоритмов молекулярной динамики было исследовано воздействие ионов N2+ с начальной энергией E0 от 5 до 30 эВ на монослой MoS2 для различных областей удара и начальных ориентаций налетающих частиц. Полученные результаты показали, что ионы N2+ с начальной энергией E0 ≤ 15 эВ не создают постоянных дефектов и отражаются от поверхности, в то время как частицы с энергией 20-30 эВ вызывают модификацию материала и образование в нем дефектов. Полученные результаты могут быть использованы для оптимизации технологии обработки квазидвумерных образцов MoS2 плазмой N2.
Показать АннотациюЦифровой анализ керна: изменение фильтрационно-емкостных свойств коллектора ПХГ после геомеханического воздействия
Цифровой анализ керна: изменение фильтрационно-емкостных свойств коллектора ПХГ после геомеханического воздействия
В. В. Химуля, С. О. Барков
В статье представлены результаты серии комплексных исследований остаточных изменений фильтрационно-емкостных свойств пород-коллекторов подземного хранилища газа, вызванных воздействием неравномерного поля напряжений в ходе моделирования управляемого изменения давления на забое скважины. В рамках цифровых исследований кернового материала были получены разномасштабные снимки компьютерной томографии, на базе которых были созданы трехмерные модели порового пространства пород, выполнен анализ однородности структуры и состава породы, после чего проведен геометрический, статистический анализ порового пространства, а также численное моделирование процессов фильтрации в породе для оценки проницаемости до и после механических испытаний. Выполнено измерение пористости пород, проведена оценка распределения пор по размерам, а также анализ фильтрационных свойств коллектора. Построены пространственные распределения скоростей потока фильтрации и изменения градиента давления. В рамках геомеханических испытаний проведено изучение процессов деформирования и фильтрации в горных породах под действием реальных напряжений, возникающих в скважинах при контролируемом изменении давления в скважине. Показана тенденция к незначительному уменьшению значений открытой пористости, проницаемости и изменению геометрии пор после проведенного неравномерного трехосного нагружения. Сделаны выводы об однородности и высокой связности порового пространства рассматриваемых пород. Показано отсутствие существенных необратимых изменений фильтрационно-емкостных свойств пород. Характеристики, полученные в результате цифрового анализа, показали очень хорошее соответствие с результатами полевых и лабораторных измерений. Результаты работы и примененные методики могут быть использованы при создании и корректировке моделей пласта-коллектора, а также разработке эксплуатационной модели ПХГ. Представленная техника анализа данных РКТ позволяет упростить получение данных о характеристиках кернового материала, а также расширить результаты лабораторных и натурных исследований свойств пластов.
Показать АннотациюЧисленное моделирование двух- и трехфазных равновесий смесей углеводородов и диоксида углерода
Численное моделирование двух- и трехфазных равновесий смесей углеводородов и диоксида углерода
Д. В. Селезнева
В современной нефтегазовой отрасли наблюдается возрастающий интерес к технологии закачивания углекислого газа в пласт. Этот метод получил распространение не только из-за его положительного влияния на окружающую среду, но и благодаря его эффективности в повышении нефтеотдачи. При растворении газ способен понижать вязкость нефти и, следовательно, ускорять ее течение. Однако, эффективность метода зависит от фазового поведения смесей диоксида углерода и нефтей, плотности и вязкости фаз и многого другого. Включение углекислого газа в смесь углеводородов приводит к изменению поведения системы, в том числе может меняться фазовое состояние смеси. В результате этого в системе могут формироваться три отдельные фазы: две жидкие и одна газообразная. Это усложняет процесс определения фазового равновесия, так как необходимо учитывать взаимодействие между всеми тремя фазами. В настоящей работе для определения фазового состояния смеси применяется метод прямой минимизации энергии, который заключается в нахождении минимального значения энергии Гиббса для системы при постоянных температуре, давлении и составе.
Показать АннотациюСпектральные характеристики источников акустической эмиссии в горных породах
Спектральные характеристики источников акустической эмиссии в горных породах
Р. А. Пащенко
Работа посвящена исследованию спектральных характеристик источников акустической эмиссии (АЭ) в горных породах. Осуществлен анализ данных ранее проведенных экспериментов на образцах песчаника и гранита с целью анализа акустических сигналов, возникающих при механических напряжениях, и определения их соответствия сейсмическим процессам. В работе описана калибровка системы, выполнен анализ учёта затухания волн и геометрических факторов. Основной задачей исследования стало определение корнер-частоты для оценки размеров трещин-излучателей. В ходе анализа было обнаружено, что для 99% событий корнер-частоты не выявлены в диапазоне 100–1250 кГц. Оставшиеся 1% событий дали корнер-частоты порядка 1080 кГц для песчаника и 975 кГц для гранита, что соответствует максимальным размерам трещин 0.5 мм и 1 мм соответственно. Результаты демонстрируют необходимость дальнейших исследований и корректировок методик, чтобы повысить точность измерений и понять физическую природу спектральных характеристик.
Показать АннотациюИсследование прогностических аномалий наведенной сейсмичности в области водохранилищ Койна и Варна.
Исследование прогностических аномалий наведенной сейсмичности в области водохранилищ Койна и Варна.
А. И. Половникова
Сейсмическая активность является одним из наиболее опасных и нестабильных природных явлений нашей планеты. Исследования в области сейсмологии имеют большое значение для минимизации рисков, связанных с землетрясениями и повышения качества их прогноза. Наведенная сейсмичность относится к землетрясениям, которые вызваны человеческой деятельностью. Примером такой деятельности является строительство и использование гидротехнических сооружений, например дамб или водохранилищ. В процессе подготовки сильных землетрясений меняется распределение сейсмических событий в пространственно-временной области и их энергетического спектра. Такие изменения называют аномалиями сейсмического режима, их можно обнаруживать путем анализа параметров сейсмичности, которые косвенно описывают состояние геофизической среды. Несмотря на высокую фундаментальную и практическую значимость, анализу прогностических аномалий в наведенной сейсмичности посвящено немного публикаций. В настоящей работе рассматривается вопрос о наличии или отсутствии аномалий сейсмического режима перед землетрясениями в области наведенной сейсмичности. Исследования проводятся для сильных землетрясений в районе водохранилищ Койна и Варна в Индии. Проводится предварительная подготовка каталога, контроль представительной магнитуды, расчет пространственных карт параметров сейсмичности. Полученные результаты могут быть использованы для разработки эффективных мер по уменьшению рисков и обеспечению безопасности населения, а также могут прояснить некоторые особенности процесса подготовки землетрясений в районах наведенной сейсмичности.
Показать АннотациюЭкстремальная анизотропия теплопроводности одностенных углеродных нанотрубок со структурой свитка-рулона
Экстремальная анизотропия теплопроводности одностенных углеродных нанотрубок со структурой свитка-рулона
Ю. П. Заричняк$^1$, А. А. Аливердиев$^2$, Е. В. Алексеев$^1$, М. В. Савватеева$^1$, В. П. Ходунков$^3$
Методы теории обобщённой проводимости [1, 2] использованы для приближённой оценки эффективной/эквивалентной теплопроводности бездефектных одностенных углеродных нанотрубок (ОС УНТ) со структурой свитка-рулона в продольном и поперечном направлениях относительно оси свертывания. Из-за отсутствия каких-либо экспериментальных данных и аналитических оценок по продольной и поперечной теплопроводности нанотрубок со структурой свитка-рулона впервые получены результаты приближённой оценки, которые можно рассматривать как прогнозные. Углеродные нанотрубки (УНТ) представляют значительный интерес в самых разных областях науки и техники, так как обладают целым спектром экстремальных механических, электрических и теплофизических свойств [3-4]. Однослойная бездефектная углеродная нанотрубка со структурой свитка-рулона изображена на Рис. 1а. Обычно она представляется как свернутый лист графена.
Показать АннотациюМоделирование формирования дорожки сканирования в процессе селективного лазерного сплавления стали 316L
Моделирование формирования дорожки сканирования в процессе селективного лазерного сплавления стали 316L
А. А. Гайна$^2$, А. А. Можайко$^1$
Селективное лазерное сплавление (СЛС) – это один из процессов аддитивного производства, который позволяет изготавливать сложные детали с высокой точностью путем плавления порошка слой за слоем с использованием лазерного излучения (ЛИ). Целью данного исследования является изучение влияния различных параметров ЛИ на размеры ванны расплава в образце. Для этого изменяются такие параметры ЛИ, как мощность, скорость сканирования и диаметр фокусного пятна. Исследования проводятся с использованием, как численных методов, так и эксперимента. Программное обеспечение COMSOL Multiphysics применяется для моделирования и прогнозирования свойств материалов и поведения системы. По результатам моделирования построены графики зависимостей размеров ванны расплава от изменяемых параметров. При увеличении мощности размеры ванны расплава увеличивались, при увеличении скорости сканирования увеличивалась только длина ванны расплава, а ширина и глубина уменьшались, при увеличении диаметра фокусного пятна размеры ванны расплава сначала увеличивались, а затем начинали уменьшаться. Экспериментальные данные, полученные путём измерения размеров ванны расплава при различных настройках расширения луча, соответствуют результатам, полученным с помощью моделирования. Это исследование помогает лучше понять процесс СЛС и может быть использовано для оптимизации параметров обработки с целью достижения желаемых свойств образцов.
Показать АннотациюМатематические методы анализа формы временных рядов и их приложения к дистанционным исследованиям Земли и атмосферы
Математические методы анализа формы временных рядов и их приложения к дистанционным исследованиям Земли и атмосферы
А. Ф. Идрисов
Работа посвящена методам анализа временных рядов на основе теорий морфологического анализа и измерительно-вычислительных систем, разрабатываемых на кафедре математического моделирования и информатики физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова. Изучены современные актуальные методы анализа временных рядов. Предложен метод морфологической фильтрации для выделения трендовой составляющей временного ряда. Проведен компьютерный эксперимент на реальных экспериментальных данных (измерения температуры в городе Тверь) с применением вышеуказанного метода. Результаты продемонстрировали успешное выделение трендовой составляющей временного ряда. Планируется разработка и развитие новых методов анализа временных рядов для решения более широкого класса задач и для более широкого класса входных данных.
Показать АннотациюПрименение сборки из двух термокондуктометрических датчиков для обнаружения выбросов водорода
Применение сборки из двух термокондуктометрических датчиков для обнаружения выбросов водорода
А. Е. Ельянов, В. М. Бочарников, В. В. Володин, В. В. Голуб, Н. К. Денцель
В работе показана возможность применения сборки из двух термокондуктометрических датчиков для одновременного измерения скорости потока газовой смеси и содержания в ней водорода. Предложена концепция измерения с использованием одного датчика, расположенного в потоке тестируемого газа, и второго, закрытого сетчатым колпачком, снижающим зависимость показаний датчика от скорости потока. Изготовлены тестовые сборки и проведены градуировочные эксперименты в диапазоне скоростей от 0 до 1.84 м/с, концентраций водорода от 0 до 100 об.% и абсолютного давления от 0.1 до 5 атм. Результаты градуировочных экспериментов показывают, что из сигналов с двух датчиков можно однозначно получить значения скорости потока и содержание водорода в газовой смеси в месте расположения датчиков. Получены формулы для пересчета сигналов в искомые физические величины. Разработанные сборки установлены в тестовую емкость для исследования смешения водорода с воздухом. Время отклика сборки на изменение концентрации водорода не превышает 1 с, что позволяет ее использование для сигнализации о выбросах водорода и исследования смешения водорода с воздухом. Приведены графики зависимостей скорости потоков и концентрации водорода в смеси от времени.
Показать АннотациюУправление спектром МэВ-ных электронов ускоренных в лазерной плазме кластеров азота
Управление спектром МэВ-ных электронов ускоренных в лазерной плазме кластеров азота
А. А. Таусенев$^{1,2}$, П. А. Щеглов$^1$, М. В. Чащин$^1$, А. В. Лазарев$^3$, Т. А. Семёнов$^1$, М. М. Назаров$^1$
Исследовано влияние размеров кластеров азота на спектр МэВ-ных электронов, ускоренных в кластерной лазерной плазме, при воздействии 5 ТВт фемтосекундных лазерных импульсов. Для данной задачи разработан и создан электронный магнитный спектрометр для диапазонов энергий: 0.3 – 5 МэВ, либо 1 - 10.5 МэВ. Измеренные электронные спектры состоят из квазимоноэнергетического пика на 0.4±0.1 МэВ, широкого «пика» на 2-3 МэВ с экспоненциальным хвостом с температурой T = 3±1 МэВ. Показано, что максимальная инжекция электронов в ускоряющую волну достигается для кластеров со средним радиусом, соответствующих пределу Кулоновского взрыва. Электронный сгусток представлял собой сумму коллимированного (10 мрад) и расходящегося (≈100 мрад) пучков с максимальными энергиями до 10 МэВ, что может свидетельствовать о гибридном режиме ускорения.
Показать АннотациюПерестроечные генерационные характеристики Nd:YVO$_4$ лазера с продольной накачкой
Перестроечные генерационные характеристики Nd:YVO$_4$ лазера с продольной накачкой
Ю. А. Синичкина$^1$, М. В. Горбунков$^2$, Ю. Я. Маслова$^2$, М. А. Семенов$^2$
Разработана методика отбора лазерных сред для генерации коротких импульсов по механизму форсированного режима керровской линзы с мягкой диафрагмой. Она основана на измерениях перестроечных генерационных характеристик твердотельного лазера с плоско-сферическим резонатором и узкой, по сравнению размера основной моды пустого резонатора, продольной накачкой. Предложена схема, в которой активный элемент установлен на плоском зеркале. Методика на примере Nd:YVO$_4$-лазера позволила провести отнесение найденных конфигураций резонатора к соответствующим несократимым дробям, определяющих условия вырождения 1/6, 1/4, 1/2, 1/5, 1/3, 3/8, 2/7. Получена зависимость пороговой мощности от длины резонатора в условиях непрерывной накачки и с прерывателем пучка со скважностью 100 на всей длине резонатора и вблизи полуконфокальной конфигурации, а также выходной мощности вблизи указанной конфигурации. Измерение порога генерации с продольным пространственным разрешением 0.05 мм оказалось достаточным, чтобы определить границы области длин резонатора, соответствующей устойчивой генерации коротких импульсов.
Показать АннотациюДвумерные фрактальные распределения: теория и практические приложения
Двумерные фрактальные распределения: теория и практические приложения
Ф. А. Тулапин, П. В. Короленко, Р. Т. Кубанов, О. В. Степанов, А. И. Терентьева
Выполнен краткий ретроспективный анализ свойств фрактальных световых изображений и их использования в медицине. С помощью алгоритмов, построенных на основе двумерной функции Вейерштрасса, выполнен расчет скейлинговых характеристик регулярных и стохастических спеклоподобных фрактальных структур. Показано, что скейлинг пространственных спектров фрактальных спекловых полей обеспечивает высокую эффективность их применения в арт-терапии и офтальмологии. В ходе моделирования световых полей с помощью функции Вейерштрасса было обнаружено, что их конфигурация при определенном наборе параметров дает возможность сформировать мультиплексную структуру светового излучения, которая может с успехом использоваться в оптических пинцетах
Показать АннотациюОсобенности распространения спекловых фрактальных структур в свободном пространстве
Особенности распространения спекловых фрактальных структур в свободном пространстве
Р. Т. Кубанов, А. М. Зотов, П. В. Короленко, А. Ю. Мишин
Рассмотрено дифракционное преобразование скейлинговых и статистических характеристик спекловых фрактальных полей. Для их модельного представления использованы свойства двумерной функции Вейерштрасса со случайными фазами ее гармоник и релеевским законом распределения интенсивности. Оценка характеристик светового поля на разных расстояниях от начальной плоскости проводилась методом его разложения по плоским волнам в сочетании с методом покрытий. Она показала, что при распространении световых спекловых пучков сохраняется фрактальность в поперечном распределении амплитуды поля, однако, значения фрактальной размерности может заметным образом изменяться. При этом имеет место скейлинг в пространственном спектре излучения. Это свойство обеспечивает высокую эффективность применения фрактальных спекловых структур в арт-терапии и офтальмологии.
Показать АннотациюИзлучатели лазерных диодов с длительностью оптического импульса менее 10 нс
Излучатели лазерных диодов с длительностью оптического импульса менее 10 нс
Р. В. Дибольский$^1$, А. Н. Туркин$^1$, А. М. Морозюк$^2$
В последнее время всё больше возрастает интерес к мощным импульсным полупроводниковым лазерам. Это объясняется их высокой эффективностью, а также широкими возможностями практического применения этих источников света, в частности, для передачи данных в открытом пространстве, метрологии, системы машинного видения (LiDAR) и т.п. Обычно генераторы лазерных импульсов имеют в своем составе полупроводниковый лазер и внешний источник импульсного тока накачки. Такой подход обладает рядом недостатков, связанных с необходимостью согласования полупроводникового лазера с источником накачки, наличием паразитных связей, проявляющихся при генерации мощных токовых импульсов, снижающих общую энергетическую эффективность и быстродействие системы. Кроме этого, использование внешних источников не всегда позволяет реализовать преимущество полупроводниковых лазеров, связанное с малыми размерами. Особую сложность задача реализации импульсной токовой накачки приобретает при построении систем, включающих сотни и тысячи одиночных излучателей, как мощных, так и маломощных. Здесь, помимо требований к силовой части источника, возникает вопрос об энергетической эффективности генерируемых сигналов управления такой системой. Наиболее перспективным решением является использование приборов, объединяющих функции импульсных источников с малосигнальным управлением и лазерных излучателей. Интеграция мощного быстродействующего ключа с эффективной лазерной гетероструктурой позволила показать возможность генерации оптических импульсов с длительностью менее 10 нс.
Показать АннотациюУправление спектральными характеристиками ТГц излучения с использованием многослойных диэлектрических структур
Управление спектральными характеристиками ТГц излучения с использованием многослойных диэлектрических структур
И. Н. Николаева$^{1,2,3}$, Г. С. Рогожников$^3$
Проведены экспериментальные исследования, связанные с взаимодействием непрерывного терагерцового излучения миллиметрового диапазона длин волн с многослойными диэлектрическими структурами. Показаны возможности управления пространственными и спектральными характеристиками излучения в интересах создания устройств, которые могут найти применение в устройствах защищенной связи, запреградного видения и дистанционного зондирования.
Показать АннотациюИсследование возможности реализации оптических изоляторов на основе структур с распределенной обратной связью и рассмотрение их применения в оптических системах
Исследование возможности реализации оптических изоляторов на основе структур с распределенной обратной связью и рассмотрение их применения в оптических системах
К. А. Захаренков
Для реализации оптических изоляторов на основе дифракционных решеток были рассмотрены структуры с распределенной обратной связью в виде волноводов с дифракционной решеткой, используемых в DFB лазерах. Рассмотрены условия Брэгга, на основе которых происходят брэгговское отражение, и проведено конструктивное сравнение реализации оптических изоляторов на основе дифракционных и брэгговских решеток. В результате были смоделированы волноводы со встроенной дифракционной решеткой и построены графики спектра отражения. Результаты моделирования демонстрируют потенциал применения ассиметричных дифракционных решеток в разработке новых типов оптических изоляторов, обеспечивающих более высокую степень контроля за распространением света в интегрально-оптических системах, где обратные отражения сигнала могут быть критичны.
Показать АннотациюВысокотемпературная тепловизионная система на кремниевом фотоприемнике
Высокотемпературная тепловизионная система на кремниевом фотоприемнике
А. А. Манцветов$^1$, Д. С. Барвиненко$^1$, П. О. Лазовская$^2$, В. В. Давыдов$^2$, В. В. Наумова$^3$
Обоснована необходимость поиска новых решений при наблюдении нагретых тел в диапазоне температур 400º…1400ºС. Установлены особенности работы и потенциальных характеристик измерительной тепловизионной системы для наблюдения высокотемпературных объектов, выполненной на основе кремниевого КМОП-сенсора. Для создания тепловизионной системы на кремниевом фотоприемнике Sony для наблюдения высокотемпературных объектов проведен расчет числа сигнальных электронов, образующихся в фотоприемнике при различных температурах. Кремниевые фотоприемники обычно используются для наблюдения в видимом диапазоне электромагнитного излучения, где объекты отражают световой поток. В работе предлагается использовать кремниевые фотоприемниик в ближнем ИК диапазоне, где объекты излучают. Разработана тепловизионная система на кремниевом фотоприемнике. Полученные с ее использованием новые результаты подтвердили возможность создания тепловизионной системы на кремниевом фотоприемнике.
Показать АннотациюРазработка трансивера оптического сигнала OFDM на основе AWGR
Разработка трансивера оптического сигнала OFDM на основе AWGR
Н. И. Поповский, В. В. Давыдов
В волоконно-оптических сетях увеличение скорости канала при сохранении одной несущей сталкивается с проблемой резкого сокращения дальности передачи без восстановления сигнала. Необходимость строительства дополнительных точек усиления приводит к увеличению стоимости систем связи. Оптимальным решением для сохранения дальности передачи и увеличения скорости канала является использование нескольких несущих частот в одном объединенном канале, который обычно называют суперканалом. Одним из возможных способов формирования суперканала является OFDM. Поскольку обратное преобразование Фурье топологически идентично преобразованию Фурье, AWGR может использоваться в передатчике в качестве мультиплексора сигналов OFDM. Исследуется устройство приемопередатчика, который будет работать как мультиплексор нескольких входных оптических каналов и передатчик одного общего суперканала в канал связи.
Показать АннотациюОбнаружение и анализ белковых соединений на основе рамановского рассеяния и машинного обучения
Обнаружение и анализ белковых соединений на основе рамановского рассеяния и машинного обучения
А. С. Штумпф
Белки являются важными компонентами человеческого организма, выполняя решающую роль в функционировании клеток: катализируют химические реакции и формируют клеточные структуры. Дисбаланс белкового обмена может иметь серьезные последствия, такие как нарушение иммунитета и изменение активности желез. Обнаружение различных биологических соединений представляет собой проблему из-за их сложных межмолекулярных связей, а традиционные методы, такие как иммуноанализ и хроматография, не всегда могут дать точные результаты. Представленное исследование направлено на преодоление этих ограничений путем внедрения подхода, который объединяет рамановскую спектроскопию и машинное обучение для точной идентификации белковых соединений. Эта методика направлена на минимизацию ошибок в количественном и качественном анализе и обеспечение систематического исследования белковых соединений. Полученные в ходе тестирования алгоритма на полученных в ходе экспериментов данных результаты свидетельствуют о возможности применения такой методики для более чем 10 веществ-аналитов и достижении точности свыше 90%. Сформированная таким образом методика работы с экспериментальными данными с использованием средств искусственного интеллекта может лечь в основу создания эффективных платформ и устройств для применения не только в научной сфере, но и также в сферах медицины, сельского хозяйства, пищевой безопасности.
Показать АннотациюВлияние свободных носителей заряда на дихроизм, отражение и пропускание в анизотропных пористых слоях кремния
Влияние свободных носителей заряда на дихроизм, отражение и пропускание в анизотропных пористых слоях кремния
И. н. Дэн, В. Ю. Тимошенко
Проведен теоретический анализ вклада свободных носителей заряда в оптические свойства в инфракрасной области спектра пористых кремниевых слоев микрометровой толщины, состоящих из анизотропных нанокристаллов кремния. Результаты расчетов в рамках обобщенной модели эффективной среды с учетом анизотропии формы нанокристаллов кремния и процессов взаимодействия электрического поля световой волны с подвижными носителями заряда в нанокристаллах свидетельствуют о сильной зависимости поляризационной анизотропии коэффициентов отражения, поглощения и пропускания пленок кремния от концентрации свободных носителей заряда. В случае концентрации носителей заряда в диапазоне от 10^16 до10^20 cм^(-3)имеет место сильное двулучепреломление и линейный дихроизм (анизотропия поглощения), а также немонотонная зависимость разностного (для перпендикулярных направлений поляризации) показателя преломления, коэффициентов отражения и пропускания от концентрации носителей заряда. Полученные результаты полезны при разработке оптических переключателей и модуляторов сигналов в элементах кремниевой фотоники.
Показать АннотациюОсобенности контроля положения оси лазерного излучения с использованием управляемых электрооптических систем в атмосферных оптических линиях связи
Особенности контроля положения оси лазерного излучения с использованием управляемых электрооптических систем в атмосферных оптических линиях связи
С. А. Шагако$^1$, В. В. Давыдов$^{1,2}$, В. В. Наумова$^2$
Рассмотрены перспективы развития и преимущества использования атмосферных оптических линий связи для решения различных задач. Обозначена основная проблема в этих линиях, связанная с рассогласованием положения осей лазерного излучения и фотоприемника при передачи оптического сигнала Оценены возможности существующих систем подстройки траектории оси лазерного излучения с пассивными оптическими элементами. Определены особенности постройки положения оси лазерного излучения с использованием электрооптической системы и разработана новая автоматической система для подстройки. Для данной конструкции автоматической системы выведены математические соотношения, которые позволяют выбрать ее оптимальную конфигурацию и материал для управляющих пластин. Проведено исследование функциональных возможностей по подстройки положения оси лазерного излучения для различных вариантов конструкции атмосферной оптической линии связи.
Показать АннотациюУстойчивость отрицательности функции Вигнера к диссипации
Устойчивость отрицательности функции Вигнера к диссипации
Б. Н. Нугманов
Негауссовы квантовые состояния, описываемые функциями Вигнера, принимающими отрицательные значения, важны как для фундаментальных тестов квантовой физики, так и для активно развивающихся сейчас квантовых информационных технологий. В настоящей работе мы изучаем их уязвимость к диссипации. Мы находим предельные потери, при котором негативность пропадает, а также рассматриваем скорость убывания объёма негативности в окрестности его нуля. Мы рассматриваем также влияние сжатия на устойчивость негативности к потерям и показываем, что оно может улучшать ее.
Показать АннотациюИспользование состояний кота Шредингера для детектирования фиксированного фазового сдвига с использованием фотоноразрешающих детекторов с конечной квантовой эффективностью
Использование состояний кота Шредингера для детектирования фиксированного фазового сдвига с использованием фотоноразрешающих детекторов с конечной квантовой эффективностью
В. Л. Горшенин
Одной из стандартных задач интерферометрии является бинарное (да/нет) детектирование заданного фазового сдвига. Ее преимуществом по сравнению с задачей измерения неизвестного фазового сдвига является наличие априорной информации, что позволяет получить более высокую чувствительность. Весьма привлекательным в этом случае является использование существенно неклассических негауссовских состояний зондирующего света. В данной работе исследована интерферометрическая схема, использующая негауссовские состояния типа "кот Шредингера" (КШ) схему, с учетом влияние неидельной квантовой эффективности фотодетектора. Выполнены оценки для реалистичеких значений квантовой эффективности и практически достижимых значений амплитуд КШ.
Показать АннотациюКомбинированный резистивно-емкостной МЭМС-переключатель для передовых систем связи
Комбинированный резистивно-емкостной МЭМС-переключатель для передовых систем связи
М. О. Морозов$^{1,2}$, И. В. Уваров$^2$
Основной характеристикой МЭМС-переключателя является отношение емкостей в замкнутом и разомкнутом состоянии. В стандартных изделиях это отношение обычно не превышает 10 и может быть увеличено в несколько раз за счет использования электрода с плавающим потенциалом. В работе исследуется зависимость емкостных характеристик, изоляции и вносимых потерь ключа с «плавающим» электродом в зависимости от материала подложки.
Показать АннотациюРазработка цифровой версии системы распознавания космического мусора на базе искусственного интеллекта
Разработка цифровой версии системы распознавания космического мусора на базе искусственного интеллекта
А. А. Шавшин$^1$, В. В. Давыдов$^1$, Д. А. Болдарев$^2$, Р. А. Дмитриев$^1$, Д. Ю. Клименко$^2$, А. А. Худина$^2$
Обоснована актуальность разработки системы распознавания космического мусора на базе искусственного интеллекта. Разработана цифровая версия системы распознавания космического мусора на базе искусственного интеллекта, которая может служить основой для создания полноценной системы. Проведена разработка кода искусственного интеллекта, его обучения и тестирования на экспериментальных данных. Установлено, что созданная цифровая версия системы распознавания космического мусора на базе искусственного интеллекта имеет потенциал для успешного детектирования и классификации космического мусора на орбите планеты Земля.
Показать АннотациюПотери на переменном токе в элементах генератора на основе композитных ВТСП лент
Потери на переменном токе в элементах генератора на основе композитных ВТСП лент
С. В. Веселова$^{1,2}$, И. В. Мартиросян$^1$, М. А. Осипов$^1$, А. С. Стариковский$^1$, Д. А. Абин$^1$, К. А. Бородако$^1$, Д. А. Александров$^1$, А. Ю. Малявина$^1$, А. Н. Мороз$^{1,2}$, С. В. Покровский$^{1,2}$
Для оценки потерь на переменном токе было проведено моделирование с различной частотой (от 50 Гц до 1033 ГЦ) и амплитудой транспортного тока от 10% до 90% от критической плотности тока Jc. В ходе исследования были получены расчетные данные, позволяющие сделать вывод о том, что потери замкнутых ВТСП обмоток выше, чем потери на рейстрековых катушках.
Показать АннотациюИсследование параметров индуктивно связанной плазмы в процессе травления поликремниевого затвора
Исследование параметров индуктивно связанной плазмы в процессе травления поликремниевого затвора
Ф. В. Оксаниченко
Предложена самосогласованная 0-мерная модель плазмы смеси $Cl_2/Ar$ в условиях, типичных для плазмохимического травления поликремниевого затвора. Модель основана на совместном решении уравнений химической кинетики, квазинейтральности плазмы и баланса мощности для условий стационарной плазмы. Решение проводилось методом итераций. В рамках модели учитывались 3 вида нейтральных частиц (Cl2, Ar, радикал Cl) и 4 вида ионов (Cl+, Cl2+, Ar+, Cl-). В качестве входных параметров использовались начальный состав смеси, вкладываемая мощность и давление газа. Получены расчётные данные по влиянию начального состава смеси на физические параметры плазмы и концентрации активных частиц. Результаты качественно согласуются с литературными данными.
Показать АннотациюВлияние требований парциальной унитарности на точность измерений коэффициентов Вильсона операторов SMEFT в процессах рождения трех и четырех топ кварков
Влияние требований парциальной унитарности на точность измерений коэффициентов Вильсона операторов SMEFT в процессах рождения трех и четырех топ кварков
А. М. Алешко, Э. Э. Боос, В. Е. Буничев, Л. В. Дудко
Была исследована проблема нарушения унитарности в Эффективной Теории Поля Стандартной Модели (SMEFT) в контексте процессов рождения трех и четырех топ-кварков для релевантных эффективных операторов. С использованием оптической теоремы определены границы областей, соответствующих условию ненарушения парциальной унитарности. Было показано, как эти ограничения влияют на точность постановки пределов на соответствующие коэффициенты Вильсона. Установлено, что для исследуемых процессов уже на энергиях столкновений 13 и 14 ТэВ влияние унитарных ограничений заметно и приводит к ухудшению точности постановки пределов.
Показать АннотациюО спиновых связностях как переменных квантования гравитации
О спиновых связностях как переменных квантования гравитации
А. Б. Арбузов, А. А. Никитенко
Изучается квантование конформной общей теории относительности. Спиновые связности рассматриваются как базовые переменные квантовой гравитации. Анализируются их свойства, выделяется динамическая часть. В работе также применяется тетрадный формализм и формализм Арновитта - Дезера - Мизнера. Гравитационное действие оказывается квадратичным по компонентам спиновой связности. Производится вторичное квантование гравитационного поля в терминах спиновой связности и обсуждаются дальнейшие перспективы такого подхода.
Показать АннотациюРедкие распады Ds мезонов в легкие псевдоскалярные мезоны
Редкие распады Ds мезонов в легкие псевдоскалярные мезоны
В. О. Галкин$^1$, И. С. Суханов$^{1,2}$
В рамках релятивистской кварковой модели, основанной на квазипотенциальном подходе и квантовой хромодинамике, подробно исследованы редкие распады $D_s$- мезонов в псевдоскалярные мезоны. Формфакторы, параметризующие матричные элементы слабого тока между мезонными состояниями, рассчитаны с последовательным учетом релятивистких эффектов. Их зависимость от квадрата переданного импульса явно определена во всей доступной кинематической области. С помощью эффективных коэффициентов Вилсона учтены эффекты электрослабой физики на малых расстояниях, и вклады промежуточных резонансов на больших расстояниях. С помощью метода спиральных амплитуд получены выражения для дифференциальной ширины распада и рассчитаны относительные вероятности распада. Полученные результаты согласуются с имеющимися верхними экспериментальными ограничениями.
Показать АннотациюМультимодальные события ШАЛ с энергиями $10^{16} − 5\times10^{18}$~эВ по данным Corsika на уровне Тянь-Шаньской станции ФИАН
Мультимодальные события ШАЛ с энергиями $10^{16} − 5\times10^{18}$~эВ по данным Corsika на уровне Тянь-Шаньской станции ФИАН
М. А. Самойлов$^{1,2,3}$, А. М. Анохина$^{1,2}$
В различных экспериментах, где регистрируются Широкие Атмосферные Ливни (ШАЛ), наблюдаются события ШАЛ с необычной, "мультимодальной"временной структурой: в детекторных пунктах установки регистрируется несколько импульсов, разнесенных по времени на несколько сотен нс. В настоящей работе была поставлена задача продемонстрировать возможность мультимодальных событий в детекторных пунктах установки типа Горизонт-Т, расположенной на Тянь-Шаньской высокогорной станции ФИАН на высоте 3346 м над уровнем моря без привлечения экзотических частиц и процессов, на основе данных моделирования с помощью кода Corsika с использованием общеупотребительной модели ядерного взаимодействия (например, QGSJET). Было предположено, что во временные ворота детектора попадает несколько частиц или групп частиц одного ШАЛ, разнесенных на значительное время, что приводит к образованию последовательности из нескольких импульсов. Данная гипотеза была успешно подтверждена при моделировании ШАЛ сверхвысоких энергий от $10^{16} − 5\times10^{18}$~эВ близких к вертикальным (до 30 градусов) и сильно наклонных (от 30 до 70 градусов).
Показать АннотациюО флуктуациях энерговыделения в веществе пролётных детекторов
О флуктуациях энерговыделения в веществе пролётных детекторов
А. М. Ажакин$^1$, И. А. Кудряшов$^2$
Рассмотрено влияние поперечного сегментирования системы кремниевых полупроводниковых детекторов и расстояния между слоями в системе на флуктуацию суммарного энерговыделения в веществе детектора при прохождении через него релятивистских ядер при помощи моделирования в программном пакете Geant4. В моделировании показано, что для релятивистских ядер энерговыделения в детекторах системы не являются статистически независимыми, а флуктуации суммарного энерговыделения существенно зависят от расстояния между слоями. Таким образом, показано существенное влияние энергичных дельта-электронов, образующихся при взаимодействии падающего ядра с веществом пролёта, на суммарное энерговыделение и, главным образом, на его флуктуации.
Показать АннотациюОбразование радиоактивных изотопов при космических полетах с использованием двигателей малой тяги
Образование радиоактивных изотопов при космических полетах с использованием двигателей малой тяги
К. Р. Рахимчанова$^1$, А. Н. Турундаевский$^2$
В настоящее время ведутся разработки космических аппаратов с электрореактивными двигателями малой тяги. Они имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционными ракетными системами, в том числе аппараты с такими двигателями могут доставлять большие объемы грузов к Луне с меньшими затратами. Однако при этом время полета оказывается существенно больше (300 суток и больше), что приводит к длительному (по сравнению с гомановской траекторией) облучению груза как частицами радиационных поясов, так и галактическими, и солнечными космическими лучами. При взаимодействии протонов и ядер высоких энергий с ядрами вещества полезной нагрузки возможна фрагментация с образованием радиоактивных изотопов. В случае создания обитаемых станций на поверхности Луны или на окололунной орбите, значительную часть груза составят продукты питания. Возникает вопрос, не приведет ли облучение компонентами космических лучей к накоплению значительного количества опасных для жизни радиоактивных изотопов в этих продуктах. В данной работе было произведено моделирование взаимодействия потоков протонов космических лучей на траектории полета космического аппарата с двигателем малой тяги с веществом мишени (в качестве которого было выбрано мясо). В результате было получено, что уровни наведенной радиоактивности на основе сравнения с предельно допустимыми нормами содержания радионуклидов в продуктах незначительны. Данный результат является важным для будущих исследований Луны.
Показать АннотациюАнализ угловых распределений прямого черенковского света детектором установки СФЕРА-3
Анализ угловых распределений прямого черенковского света детектором установки СФЕРА-3
Н. О. Овчаренко, В. И. Галкин
В этой статье мы исследуем возможности детектора прямого черенковского света на разрабатываемой в данный момент установке СФЕРА-3 для задачи разделения широких атмосферных ливней по массе первичной частицы. Для этого мы изучаем угловые распределения света в детекторе и выявляем различия в их форме для ядер водорода, азота и железа. Форма распределений анализируется несколькими способами: введением пороговых значений и аппроксимацией двумерным распределением Гаусса. В качестве параметра разделения по массе используется большая ось распределения. Мы сравниваем эффективность этого параметра для этих способов, а также для интегрального и поточечного критериев и при различной частоте сетки, на которой задаётся угловое распределение. В заключении мы обсуждаем дальнейшие планы по улучшению аппроксимации и поиска других чувствительных к массе параметров.
Показать Аннотацию