Выпуск 2, 2025

Новый метод экспресс-контроля состояния здоровья человека с использованием сигналов поглощения лазерного излучения

Е. А. Жесткая$^1$, Р. В. Давыдов$^3$, В. В. Давыдов$^{1,2}$, М. А. Якушева$^1$, С. -. Мсукар$^3$

Обоснована необходимость разработки методов исследования состояния здоровья человека на основе анализа пульсовых волн, регистрируемых в дальней периферийной зоне с использованием лазерного излучения. Предложена модернизированная конструкция оптического датчика на основе ПЗС-линейки со строчным переносом заряда, обеспечивающая регистрацию сигнала в виде ступенчатой характеристики. Показано, что параметры ступенек коррелируют с функциональным состоянием сердечно-сосудистой системы. Применение ПЗС-линейки расширяет возможности диагностики состояния сердечно-сосудистой системы по сравнению с выпускаемыми промышленными оптическими датчиками. Разработанная новая методика анализа формы пульсовой волны, которая позволила установить отклонения в работе сердечно-сосудистой системы, раннее не диагностируемые с использованием промышленных оптических датчиков. Эти отклонения были подтвержденные клиническими исследованиями с использованием сертифицированного оборудования.

Ю. В. Грац, П. А. Спирин

Рассматривается классическое тормозное гравитационное излучение, возникающее при столкновении двух ультрарелятивистских зарядов, характеризуемом лоренц-фактором $\gamma$ и прицельным параметром $b$. В рамках теории возмущения вычисляется полная излученная энергия, а также спектрально-угловые и поляризационные характеристики. Показано, что для излучения характерен биминг в конус с углом раствора порядка $1/\gamma$, при этом основной вклад в излучение вносят частоты порядка $\gamma^2/b$.

А. В. Толоконников, П. К. Силаев

Вариационным методом исследовано поведение нижнего электронного уровня атома водорода в пространстве, ограниченном плоской поверхностью. При этом на границе на электронные волновые функции наложено условие Робена, параметр в котором является периодической функцией, что моделирует свойства адсорбента. Показано, что при выборе пробной функции следует учитывать свойство периодичности параметра в условии Робена, она должна обеспечивать правильную связь между нормальной производной и значением волновой функции в каждой точке границы и иметь пучность в окрестности атомного ядра. Проведено сравнение результатов, полученных посредством вариационного подхода и с помощью непосредственного численного счета.

А. Г. Васильева$^1$, М. Ю. Костин$^1$, В. А. Пикалов$^1$, А. А. Янович$^1$

В настоящей работе представлена радиометрическая экспериментальная установка, работающая по принципу γ-γ-совпадений для калибровки ионизационных камер и датчиков обратной связи выведенного пучка ионов углерода активационными детекторами. При этом используются активационный детектор из чистого углерода с естественной смесью изотопов и реакция 12C(12C,X)11C. Установка обеспечивают измерение активности образцов с погрешностью порядка 3%. Приводится блок-схема установки и ее описание, а также описание процесса измерения ее эффективности регистрации с использованием контрольного образцового источника 22Na из набора Образцовых Спектрометрических Гамма Источников (ОСГИ). Эффективность регистрации радиометрической установки была измерена и составляет 60.1%. На работающем прототипе данной радиометрической установки уже в течение нескольких сеансов работы ускорительного комплекса У-70 при работе с ионами углерода энергии 400-450 МэВ/нуклон проводится калибровка плоскопараллельной ионизационной камеры, разработанной и изготовленной ИФВЭ. Готовится руководство по эксплуатации установки и методика выполнения измерений.

Е. В. Парменова, О. П. Ющенко

Представлено описание разрабатываемой графической оболочки системы планирования строящегося центра ионной лучевой терапии на базе действующего Ускорительного комплекса У-70 НИЦ «Курчатовский институт» - ИФВЭ в г. Протвино. Графический интерфейс реализуется на основе Qt. Его функционал определён с учётом модульной базы планирующей системы ионной лучевой терапии. Текущая версия оболочки связана с реализацией работы модуля, отвечающего за обработку медицинских файлов в формате DICOM.

И. С. Кузнецов

Результаты АСМ-исследования поверхностей защитных стекол солнечных батарей космических аппаратов до и после воздействия протонов с энергиями 20 и 30 кэВ, характерными для горячей магнитосферной плазмы (ГМП), показали, что в приповерхностном слое стекла образуются газонаполненные пузырьки, а также микротрещины в случае, когда энергия протонов составляет 30 кэВ. Образование микротрещин стимулируется выходом на облучаемую поверхность перколяционных каналов ионов натрия вследствие полевой миграции ионов натрия в поле инжектированных в стекло протонов. В настоящей работе проведено моделирование прохождения протонного излучения сквозь стекло К-208 с энергиями 20 и 30 кэВ при помощи пакета Geant4. Установлено, что глубины, соответствующие пиковым концентрациям инжектированных в стекло К-208 протонов, составляют 190 и 270 нм соответственно, причем подавляющее количество протонов оседает в тонком слое около этих глубин. Для протонов с указанными энергиями в работе также представлены кривые энерговыделения, обусловленного в основном ионизационными потерями энергии протонов, которые снижаются вместе с энергией частиц. На основании данных по распределению термализованных протонов, полученных с помощью Geant4, рассчитывается электрическое поле внутри стекла в случаях, когда образец находится на диэлектрической подложке и на заземленной металлической подложке.

А. А. Аминева$^1$, Д. А. Подгрудков$^{1,2}$

При проведении любого наземного оптического эксперимента всегда необходимо работать с фоном, который присутствует в сигнале наряду с интересующими событиями. В работе с данными таких экспериментов очень полезна модель фона ночного неба. В настоящий момент в этой области существуют полнокупольные модели или модели в узком диапазоне длин волн. Основной недостаток заключается в том, что в таких работах представлен полный поток, поэтому получить спектр для отдельно взятого участка неба не представляется возможным. В статье представлены первые этапы реализации модели яркости ночного неба в оптическом диапазоне. Модель небесной сферы строится по квадратам размером 0.1o x 0.1o, что позволяет вычислить спектр и поток для любой заданной области.

Д. Е. Стовпец$^1$, Г. А. Блейхер$^1$, А. Я. Пак$^2$

Увеличивающийся спрос на материалы, обладающие уникальными физическими свойствами, создаёт необходимость в новых способах получения подобных материалов. Одним из перспективных является метод синтеза веществ с помощью энергии дугового разряда, генерируемого в условиях атмосферы, таким способом возможно получение карбидов и боридов различных металлов. Этот метод выделяется возможностью реализации в открытой воздушной среде и относительно небольшим временем рабочего процесса. Одной из задач, которая возникает при разработке технологий на основе этого метода, является выявление наиболее подходящих рабочих режимов работы установки. Решение этой задачи только экспериментальным путём является весьма ресурсозатратным. Наиболее целесообразный подход состоит в привлечении численного моделирования. В предлагаемой статье представлена численная модель тепловых процессов в электродуговом реакторе, построенная на основе уравнения теплопроводности, с поверхностным источником тепловыделения. С привлечением экспериментальных измерений определён коэффициент теплоотдачи между элементами реактора, а также продемонстрирована работоспособность разработанной численной модели и способа задания поверхностного источника тепловыделения. Численная модель будет применяться для оптимизации параметров дугового источника плазмы в задачах практической реализации синтеза материалов с помощью описанного здесь метода.

В. К. Басати$^1$, А. Н. Ермаков$^2$

При проведении пуско-наладочных работ систем СВЧ питания электронных ускорителей, разрабатываемых НИИЯФ МГУ и построенных на основе клистронов КИУ-168, КИУ-271, возникает необходимость в проверке и калибровке тракта СВЧ низкого уровня мощности, который формирует входной сигнал клистрона в форме прямоугольного импульса регулируемой скважности, заполненного высокочастотными колебаниями. Задача калибровки тракта СВЧ низкого уровня мощности заключается в получении зависимости выходной импульсной мощности СВЧ от управляющего напряжения p-I-n аттенюатора в виде графика и таблицы. Для этого был построен стенд диагностики и калибровки. Затем была проведена автоматизация процесса калибровки с помощью программного обеспечения, разработанного на основе Matlab.

А. Н. Ефимкин$^1$, Г. И. Антонюк$^2$, Е. Ю. Горбач$^{2,3}$, В. А. Фокин$^4$, И. А. Золотарев$^3$

Матричный детектор излучения (МАДИЗ) --- это образовательный проект по разработке компактного прибора, научной задачей которого является изучение возможности детектирования радиации с помощью фотоматриц. Были разработаны две летные версии приборов, которые отправились на полярную орбиту на спутниках формата кубсат в ноябре 2024 года. В статье описывается прибор первой версии, установленный на МКА «Альтаир». Его детектирующая часть состоит из двух матриц SONY IMX477. На этом приборе отрабатываются алгоритмы поиска треков космических частиц сразу на двух матрицах. В первые два месяца после выведения на орбиту были проведены краткосрочные включения, которые подтвердили исправность прибора после запуска.

К. В. Запорожская$^1$, И. И. Юрикова$^2$, А. А. Щербаков$^{1,3}$, Ф. Р. Студеникин$^{1,3}$

Проведение радиохирургического лечения на аппарате Leksell Gamma Knife считается эталоном современной нейрорадиохирургии благодаря высокой точности облучения и большому клиническому опыту, накопленному за более чем 50 лет практического использования Гамма-ножа. В одной из последних моделей установки Leksell Gamma Knife Icon используется конусно-лучевая компьютерная томография (КЛКТ). КЛКТ – это один из методов позиционирования мишени. На основе томограмм вводится стереотаксическая система координат, в которой определяется положение мишени. Проведение сканирования данным методом позволяет определить текущее положение объекта мишени и прилегающих структур головного мозга относительно системы координат стереотаксического аппарата. Полученные изображения совмещаются с ранее полученными компьютерной томографией (КТ) или магнитно-резонансной томографией (МРТ). Целью данной работы является оценка качества и стабильности КЛКТ-изображений. Полученные результаты соответствуют заявленным техническим характеристикам.

П. И. Сушкова, И. Ю. Трошин, Е. А. Задеба

Для изучения мюонной компоненты широких атмосферных ливней в настоящее время разрабатывается проект Многоцелевого Детектора Мюонов на территории НИЯУ МИФИ в Научно-образовательном центре НЕВОД. Основная цель установки – анализ мюонной компоненты широких атмосферных ливней в диапазоне зенитных углов от $0^\circ$ до $60^\circ$ с помощью метода спектров локальной плотности мюонов. Для использования метода нужно знать эффективную площадь детектора для всех исследуемых направлений регистрации частиц. В настоящей работе представлены расчеты по определению эффективной площади Многоцелевого Детектора Мюонов в зависимости от зенитных углов приема частиц. Для определения эффективной площади детектора написана программа, моделирующая прохождение частиц через основные компоненты установки. В модель заложена геометрия детектора, взаимное расположение дрейфовых камер и стальных поглотителей. Эффективная площадь в программе вычислялась с применением метода Монте-Карло.

Б. А. Фадеенко$^1$, Е. Л. Исупов$^2$, А. А. Русова$^{1,2}$

В настоящей статье авторами исследуются вклады нуклонных резонансов в структурные функции инклюзивного рассеяния электронов. Представленный анализ основан на данных коллаборации CLAS по амплитудам электровозбуждения резонансов, извлеченных в реакциях электровозбуждения одиночного пиона и двух заряженных пионов.

И. Ф. Химматов$^1$, С. Е. Улин$^2$

Одной из ключевых задач нейтрон захватной терапии (НЗТ) остаётся минимизация влияния на здоровые ткани и точный контроль распределения дозовой нагрузки, что делает актуальным исследование новых детекторов, устойчивых к потоку тепловых нейтронов. Использование гамма-спектрометров в процессе НЗТ позволяет определить дозовую нагрузку на пациента за счет регистрации гамма-квантов с энергией 478 кэВ от продуктов ядерный реакции. Хотя сцинтилляционные и полупроводниковые спектрометры широко применяются для НЗТ, но они имеют низкую радиационную стойкость к нейтронным потокам. В данной работе обсуждается возможность использования ксенонового гамма-спектрометра (КГС), основанного на цилиндрической ионизационной камере, заполненной ксеноном под давлением 40 атм., для оценки дозовой нагрузки при проведении НЗТ. В рамках данной работы было выполнено моделирование процесса нейтрон-захватной терапии с использованием программной среды GEANT4, а также проведен эксперимент, в котором тепловые нейтроны генерировались при помощи нейтронного генератора.

М. Ю. Копач

В работе представлены результаты моделирования ROT-эффекта с использованием метода Монте-Карло и библиотеки GEANT4 [1]. Исследовано влияние геометрии экспериментальной установки, параметров мишени и других факторов на величину наблюдаемой асимметрии. Особое внимание уделено оценке возможности измерения ROT-эффекта путем определения оси деления с помощью регистрации мгновенных нейтронов деления.

В. В. Чистякова$^1$, А. В. Голда$^1$, А. А. Русова$^{1,2}$, Е. Л. Исупов$^2$

Представлены результаты работы полносвязной нейронной сети по предсказанию дифференциальных сечений эксклюзивной реакции рассеяния электронов на протонной мишени с~образованием нейтральных пи-мезонов: $e^{-}p \rightarrow e^{-}p{\pi}^{0}$. Предсказания модели формировались на основе пяти кинематических переменных Качество работы алгоритма оценивалось путем сравнения экспериментальных данных и~предсказаний модели на распределениях неполяризованных структурных функций и~зависимостей дифференциальных сечений от~кинематических характеристик. Хорошее согласие предсказанных нейронной сетью данных с~экспериментальными позволяет осуществлять надежную интерполяцию экспериментальных данных в~пятимерном пространстве.

П. В. Короленко$^{1,2}$, Р. Т. Кубанов$^1$, А. Ю. Мишин$^1$

На основе численного моделирования выполнена оценка скейлинга (масштабной инвариантности) пространственных спектров амплитудных и фазовых изображений фрактальных структур в оптической системе общего вида. Актуальность исследования обусловлена ключевой ролью пространственных спектров излучения в процессах восприятия и обработки оптической информации. Особое внимание уделено свойствам стохастических световых структур, получивших широкое использование в арт-терапии и офтальмологии. Для их построения использовались свойства двумерной функции Мандельброта-Вейерштрасса, а также свойства стохастической модели конструктивных фракталов. Несмотря на неупорядоченный (спеклоподобный) характер распределения поля в сгенерированных структурах, их пространственные спектры имели фрактальную форму с четко выраженным скейлингом. После прохождения через оптическую систему изначального распределения поля контрастность спектра снижалась, но форма распределения низкочастотных компонент обладала определенной устойчивостью. Этим свойством обладали как амплитудные, так и фазовые изображения. С ростом фрактальной размерности излучения область устойчивого расположения спектральных компонент расширялась, а с уширением функции рассеяния оптической системы резко уменьшалась. Были сопоставлены характеристики скейлинга в изображениях, формируемых в когерентном и некогерентном свете. Их сравнение показало, что из-за более широкой передаточной функции оптической системы искажения пространственных спектров в некогерентном свете оказываются менее значительными. Выполненное исследование указывает на перспективность использования фрактальных спекловых распределений в медицине при проведении сеансов светотерапии.