Результаты 2023
Ну и давайте выложу результаты 2023 года.
Как обычно, формулировки авторские. Опечатки есть. Часть результатов имеет соавторов не из нашего института.
1. Впервые экспериментально получен режим захвата частоты 170-ГГц мегаваттного гиротрона, разработанного для системы электронно-циклотронного нагрева токамака ИТЭР, сигналом малой (~20 кВт) мощности от стабилизированного гиротрона-драйвера. Внешний сигнал подавался в резонатор захватываемого гиротрона через комбинированную линию транспортировки излучения и двунаправленный квазиоптический преобразователь, позволяющий трансформировать входное излучение в рабочую моду. Продемонстрировано улучшение выходных характеристик излучения, включая существенное (~2.5), расширение полосы устойчивой одномодовой генерации рабочего типа колебаний, увеличение генерируемой мощности на 10%, а также возможность обужения спектра, ширина которого в режиме захвата определяется спектром драйвера. Полученные результаты открывают возможность создания сверхмощных комплексов, состоящих из большого числа сфазированных мегаваттных гиротронов.
2. Развита концепция источника экстремального ультрафиолетового (ЭУФ) излучения на основе лазерного разряда c многозарядными ионами в потоке ксенона высокой плотности. Экспериментально продемонстрировано, что при фокусировке излучения Nd:YAG лазера с энергией 0.8 Дж и длительностью импульса 7 нс на сверхзвуковую струю ксенона можно получить ЭУФ излучение в диапазоне 11.16±0.13 нм с энергией до 10 мДж, что отвечает эффективности конверсии 1%. Исследован новый механизм распространения разряда за пределы фокальной области, связанный с фотоионизацией окружающего газа ультрафиолетовым излучением и последующим нагревом образующейся плазмы потоком тепла из фокальной области за счет электронной теплопроводности. Предложенный механизм позволяет объяснить полученные в экспериментах данные и указать пути увеличения эффективности конверсии лазерного излучения в источниках ЭУФ излучения для проекционной литографии высокого разрешения.
3. Предложен метод эффективного преобразования параксиальных волн металлического волновода большого сечения в гауссов волновой пучок. Синтезированная деформация поверхности волновода обеспечивает преобразование исходного параксиального пространственного спектра в спектр гауссова волнового пучка, распространяющегося под большим углом к оси волновода. Метод применен для преобразования моды ТЕ1.2 гиротрона с частотой 28 ГГц и мощностью 20 кВт в волноводе диаметром 66 мм. Эффективность преобразования составила 98.5 %. Синтез поверхности волновода выполнен при использовании уникального итерационного алгоритма, разработанного в ИПФ РАН.
4. В эксперименте реализован импульсный гиротрон (80 кВ / 0,7 А / 10 mсек), работающий на третьей циклотронной гармонике на частоте 1 ТГц, в котором использовался модифицированный резонатор, обеспечивающий одновременно как повышенную селективность возбуждения рабочей волны, так и существенное снижение ее омических потерь. Это позволило увеличить мощность выходного излучения в 3,5 раза (т.е. до 1,3 кВт по сравнению с 0,4 кВт в эксперименте с традиционным регулярным гиротронным резонатором), а также расширить область параметров, соответствующих селективной одномодовой генерации на третьей циклотронной гармонике.
5. Продемонстрировано хранение и считывание поляризационного состояния света памятью на основе атомной частотной гребенки в кристалле 153Eu:Y2SiO5 как для режима с яркими импульсами, так и в однофотонном режиме. Проведена реконструкция χ-матрицы процесса, соответствующего реализованной квантовой памяти, продемонстрирована точность воспроизведения квантового состояния на уровне 80% при максимальной эффективности около 26%. Также показано, что память с высокой точностью сохраняет разность фаз между записываемыми импульсами, что принципиально для работы с временными кубитами.
6. Реализован генератор поверхностной волны W-диапазона частот на основе пространственно-развитого релятивистского электронного пучка трубчатой конфигурации. Использование двумерно-периодической замедляющей структуры, обеспечивающей значительное разрежение спектра азимутальных мод, позволило получить устойчивый режим узкополосной генерации с выходной мощностью до 150 МВт при рекордных для релятивистских мазеров факторе сверхразмерности, когда диаметр системы составлял около 10 длин волн. В соответствии с результатами моделирования режим генерации характеризовался азимутально-симметричной структурой поля выходного излучения.
7. Исследована электролюминесценция центров окраски кремний-вакансия (SiV центров) в алмазных p-i-n диоде и диоде со структурой, предполагающей параллельное включение p-i-n диода и диода Шоттки. В спектре электролюминесценции, кроме излучения на длине волны 738 нм, соответствующего излучению центров в отрицательном зарядовом состоянии (SiV- центр), зарегистрировано излучение на длине волны 946 нм, соответствующее излучению центров в нейтральном зарядовом состоянии (SiV0 центров). Получена высокая интенсивность излучения SiV- центров при высокой плотности тока в p-i-n диоде (порядка 500 А/см2). Показано, что при создании не ансамбля центров, а одиночного SiV центра во внутренней области p-i-n диода, достигнутые условия обеспечат скорость излучения одиночных фотонов при электролюминесценции более, чем 106 фотонов в секунду. При возбуждении p-i-n диода импульсами напряжения наносекундной длительности показана возможность получения коротких импульсов излучения на длине волны 738 нм, что позволяет рассматривать диод исследованной конструкции в качестве источника одиночных фотонов.
8. Экспериментально исследована фотоэмиссия электронов из легированных фосфором нанокристаллических алмазных (НКА) пленок толщиной от 50 до 1200 нм под действие лазерного излучения с длиной волны 266 нм и длительностью импульса 15 нс. Установлена связь между условиями роста, толщиной НКА пленок и величиной измеренной квантовой эффективности алмазных фотокатодов. Показано, что максимальную квантовую эффективность 3×10-5 демонстрировали сильно легированные НКА пленки толщиной 50 нм с пассивированной водородом поверхностью. Высокая квантовая эффективность пленок, на порядок превышающая медный фотокатод, не критичность к вакууму и загрязнениям поверхности, возможность варьирования высоты энергетического барьера за счет создания долгоживущего гидрогенизированного слоя на поверхности определяют перспективность применения пленок для фотоинжекции электронов в современных ускорителях.
9. Теоретически предсказан новый топологический эффект, возникающий при отражении квазиоптического волнового пучка с конечной апертурой от области непрозрачности в плавнонеоднородной магнитоактивной плазме. В условиях эффективной линейной трансформации электромагнитных мод и узкой области непрозрачности для падающего излучения с обыкновенной поляризацией отраженный волновой пучок приобретает значительный угловой момент. Спиральность отраженного излучения приводит к неподверженным дифракционному расплыванию явлениям - формированию ноля интенсивности волнового поля на оси вращения и смещению этой оси относительно центра масс исходного падающего пучка (незеркальное отражение). Положение оси вращения оказывается чувствительным к направлению и модулю внешнего магнитного поля в области отражения, что позволяет использовать обнаруженный эффект для тонкой диагностики локального магнитного поля в больших магнитных ловушках.
10. В плазме, поддерживаемой непрерывным СВЧ-излучением гиротрона с частотой 24 ??? в волноводном плазмотроне в потоке углекислого газа продемонстрирован трехкратный рост степени конверсии ??2 и энергоэффективности за счет охлаждения (закалки) постразрядной области встречным потоком газа. На основе численного моделирования показано, что рост степени конверсии при разрушении структуры плазменного факела обусловлен увеличением теплообмена с окружающей атмосферой, а эффективность этого разбиения определяется скоростью и плотностью закалочного газа.
11. Эффекты, возникающие при распространении сверхширокополосных электромагнитных импульсов (СШП ЭМИ) в атмосфере и ионосфере Земли в диапазоне частот 0.5 - 10 ГГц, впервые промоделированы с применением крупномасштабных передающих линий, которые заполняются частично ионизированной плазмой и возбуждаются генераторами нано- и субнаносекундных импульсов, в том числе - в магнитном поле в экспериментах, проведенных на стенде «Крот». При уровнях напряженности электрического поля ЭМИ от 100 В/м до нескольких МВ/м в передающих линиях различного типа, включая сверхразмерную коаксиальную линию (длина 10 м, диаметр 1.4 м), симметричные полосковые линии и коаксиальную линию сверхвысокого напряжения, показаны эффекты линейной (дисперсионной) и нелинейной трансформации формы СШП ЭМИ в условиях нестационарной ионизации разреженного газа и нелинейного поглощения. Обнаружена филаментация свечения газа, возбуждаемого при распространении мощных ЭМИ, а также нестационарный - всплесковый - характер свечения в присутствии паров воды.
12. На основе трехмерной численной модели, с учетом распределения электростатического поля внутри и на периферии стримерных зон положительного и отрицательного лидеров молнии, проанализированы условия возникновения пространственных стемов - активных элементов процесса формирования ступеней лидера. Показано, что отличие способов роста положительных и отрицательных лидеров обусловлено асимметрией пороговых полей распространения положительных и отрицательных стримеров, которая влияет на макромасштабные проявления молниевого разряда. Результаты моделирования позволяют объяснить, почему частота формирования ступеней отрицательных лидеров молнии падает с ростом высоты и почему ступени лабораторных положительных лидеров наблюдаются только при высокой абсолютной влажности воздуха. Результат важен для решения практических задач молниезащиты.
13. На основании экспериментов с использованием радиолокационных, оптических и контактных методов измерений показано, что удельная эффективная площадь рассеяния (УЭПР) водной поверхности на ортогональной поляризации линейно зависит от доли поверхности воды, покрытой обрушениями. С использованием полученной зависимости построена композитная модель рассеяния СВЧ-излучения на взволнованной водной поверхности, учитывающая вклад в УЭПР ветрового волнения в рамках приближения «малых уклонов» второго порядка. Модель верифицирована на основе сопоставления с данными лабораторного эксперимента с использованием измеренных спектра волнения и доли поверхности воды, покрытой обрушениями. Показано, что монотонный рост УЭПР при высоких скоростях ветра связан с увеличением площади поверхности, занятой обрушениями, при этом вклад ветрового волнения стремится к насыщению, как на со-осной поляризации. Найденные закономерности могут быть использованы при построении алгоритма восстановления скорости ураганного ветра по дистанционным, в том числе, спутниковым радиолокационным измерениям.
14. Впервые проведены натурные измерения центра линии собственного излучения атмосферного озона вблизи 110.836 ГГц с рекордно высокой точностью (~12 кГц). Обработка длительных рядов спектров яркостной температуры позволила определить центральную частоту этой линии равной 110835,909±0,016 МГц. Показано, что доплеровский сдвиг частоты горизонтальным ветром, а также вариации тропосферного поглощения не влияют на полученный результат. Найденное значение на 130 кГц меньше лабораторно измеренного и заметно отличается от расчетов современных моделей, но близко к результатам ранних полуэмпирических расчетов, проведенных более 40 лет назад. Найденная частота перехода озона J = 61,5 - 60,6 может быть использована как референтная точка для создания новой микроволновой аппаратуры, нацеленной на измерение профиля озона и профиля зонального ветра в области мезопаузы, и тестирования современных полуэмпирических и квантово-химических методов и моделей.
15. Разработана модель генерации, переноса и стока биогеохимических примесей (растворенных газов и твердого углерода) в водоемах суши. Предложенная модель объединена в комплекс с моделью термогидродинамики замкнутого водного объекта, разрабатываемую в НИВЦ МГУ. Предложено и програмно реализовано модифицированное описание турбулентности, позволившее обеспечить воспроизведение переноса скаляров и, в частности, биогеохимических субстанций через термоклин. С помощью уравнений переноса, диффузии и реакций описаны основные биогеохимические процессы, протекающие во внутренних водоемах, что представляет интерес как для решения локальных задач экологической проблематики, так и для исследования вклада внутренних водоемов в глобальные климатические процессы.
16. В ходе модельных натурных и лабораторных экспериментов обнаружено, что затухание ветровых поверхностных волн в присутствии фрагментированного льда носит резонансный характер, а коэффициент затухания имеет локальный максимум, когда длины волн сравнимы с размерами “льдин”. Численное решение в среде OpenFOAM задачи о взаимодействии плавающих тел (льдин) с поверхностной волной подтвердило резонансный эффект затухания волн, рассчитанные величины коэффициента затухания количественно согласуются с экспериментально полученными значениями. Дано физическое объяснение эффекта резонансного затухания волны как результата возрастания присоединенной массы льдин, когда частоты их собственных вертикальных и вращательных колебаний близки к частоте волны.
17. На основании результатов трехмерного химико-транспортного моделирования области мезопаузы (80-100 км) предложена простая и удобная для практического использования характеристика (граница равновесия ночного озона), позволяющая отслеживать высотное положение переходной зоны, которая разделяет принципиально разные режимы поведения фотохимии; ее вариации отражают изменчивость многих физико-химических явлений на этих высотах, например, атмосферных свечений возбужденных состояний кислорода и гидроксила. Анализ глобальной многолетней эволюции границы равновесия ночного озона по данным спутникового зондирования SABER/TIMED в 2002-2021 гг. выявил, что данная характеристика является чувствительным индикатором динамики средней атмосферы с различными пространственно-временными масштабами. В частности, она чувствительна к внезапным стратосферным потеплениям и явлениям приподнятой (до ~80 км) стратопаузы, в ее годовых вариациях на низких и средних широтах наблюдается четкий (с коэффициентом антикорреляции, близким к -1) сигнал 11-летнего солнечного цикла.
18. Разработаны статистические модели низкочастотных акустических полей сигнала удаленного источника и морских шумов в подводных каналах мелкого моря в условиях развитого ветрового волнения. Установлены и на примере канала с параметрами, типичными для Баренцева моря в зимний период, продемонстрированы принципиальные физические эффекты: влияние анизотропии ветрового волнения и взаимных корреляций модовых амплитуд на формирование когерентности сигнального поля, многократного рассеяния звука на формирование когерентности шумового поля. На этой основе выполнены реалистичные расчеты когерентных свойств принимаемого многомодового сигнала и шумового поля в широкой области параметров задачи и проведен сравнительный анализ эффективности методов пространственной обработки сигналов по величине коэффициента усиления антенны при различном ее положении в канале (горизонтальном и вертикальном) в зависимости от дистанции и скорости ветра.
19. Впервые в мировой практике получены обобщенные характеристики вибрационных шумов, возникающих в бурильной колонне в процессе полного цикла бурения скважины, включающего все его стадии.
Для измерения шумов бурения разработан и изготовлен автономный скважинный регистратор шумов для встраивания в буровую колонну в области её нижней компоновки. Проведена серия прямых экспериментов по измерению характеристик вибраций, охватывающих в одном цикле различные условия бурения (состав бурильной колонны, глубина бурения, наклон бурения, температурные и гидростатические воздействия, различные породы забоя и т.д.)
Характеристики получены для широкого диапазона частот с единиц герц до 25 кГц. Исследованы акустические характеристики отдельных технологических операций бурения и установлены пределы по амплитуде и характерным частотам вибраций при различных режимах. Полученные результаты критически важны для создания высокоскоростных акустических каналов связи вдоль бурильной колонны и диагностики процесса бурения.
22. Детально разработан проект XCELS, целью которого является создание уникального источника света с мощностью 600 ПВт на основе оптического параметрического усиления чирпированных импульсов в кристалле DKDP. Один канал лазерной системы XCELS потенциально способен обеспечить уровень интенсивности в фокусе в несколько раз больше, чем 1024 Вт/см2. Пост-компрессия импульса позволит преодолеть уровень 1025 Вт/см2. Дипольная фокусировка излучения 12 каналов даже без пост-компрессии и без фазировки приблизит интенсивность к 1026 Вт/см2. В случае фазировки каналов интенсивность будет еще в несколько раз выше. Уникальные возможности XCELS в области экспериментальной физики сверхсильных электромагнитных полей связаны не только с этими рекордными значениями интенсивности, но и с мультипучковой архитектурой, позволяющей проводить эксперименты со сложными распределениями лазерных полей и с дополнительными каналами лазерного и вторичного излучений.
23. Впервые экспериментально продемонстрирована возможность повышения чувствительности интерферометрических измерений на 4 дБ относительно стандартного квантового предела с помощью сжатых когерентных состояний, полученных в керровской среде, тогда как в предшествующих демонстрациях для повышения чувствительности использовались сжатые вакуумные состояния, генерировавшиеся в средах с квадратичной нелинейностью. Для этого разработана оригинальная система на основе нелинейных поляризационно-поддерживающих волокон для сжатия квантовой неопределенности состояния поляризации фемтосекундных импульсов лучше -5 дБ, обладающая высокой долговременной стабильностью без активных систем стабилизации. Разработаны численные модели и аналитические приближения для описания процесса генерации сжатых состояний в нелинейных волокнах с учетом эффектов дисперсии, потерь, керровской и рамановской нелинейностей, показавшие хорошее согласие с экспериментальными результатами, и позволяющие оптимизировать параметры волокон и импульсов для получения наилучшего сжатия.
24. Разработана самосогласованная теория сильно нелинейного отклика, возникающего в плазме при распространении в ней мощного лазерного импульса или сильноточного релятивистского сгустка электронов. Такой отклик характеризуется образованием в плазме полости, свободной от электронов, и характерен для большинства современных экспериментов по плазменному ускорению электронов. В отличие от предыдущих моделей разработанная теория удовлетворяет закону сохранения энергии, не требует каких-либо внешних подгоночных параметров, с гораздо более высокой точностью описывает структуру плазменной полости и распределение электромагнитного поля в широком диапазоне параметров. Полученные результаты подтверждены трехмерным моделированием методом частиц в ячейках.
25. На экспериментальной комплексе PEARL проведены эксперименты по лабораторному моделированию процесса формирования и распространения джетов - узконаправленных сверхзвуковых струй вещества, характерных для аккрецирующих звездных объектов, в частности, протозвезд. Изучен механизм коллимации джетов в типичном для протозвезд неоднородном полоидальном магнитном поле со структурой «песочных часов». Магнитное поле требуемой конфигурации создавалось уникальной магнитной системой усиленной конструкции, выдерживающей механические нагрузки до 108 Н/м2 и позволяющей при встречном включении тока в катушках генерировать магнитное поле индукцией 9 Тл. Численное моделирование уникальным гибридным PIC кодом продемонстрировало выполнение подобия Эйлера, подтверждающее масштабирование лабораторной и астрофизической систем.
26. Аналитически описаны все пространственно-временные эффекты, возникающие в несимметричном непланарном оптическом компрессоре, состоящем из двух неодинаковых пар дифракционных решеток. Основной эффект - сглаживание пространственных флуктуаций лазерного пучка в двух направлениях: в направлении вдоль штрихов решетки за счет непланарности, и в направлении поперек - за счет несимметричности. Показано, что физический механизм сглаживания - запаздывание или обгон основного импульса пространственными гармониками, причем время запаздывания пропорционально поперечному волновому вектору. Доказано, что несимметричность и непланарность компрессора не уменьшает фокальную интенсивность. Получены точные выражения для спектра флуктуаций флюенса на выходе компрессора.
27. На примере газовой смеси СО с Ar с помощью разработанного в ИПФ РАН уникального комплекса взаимодополняющих установок проведён детальный анализ эволюции формы резонансного спектра поглощения при повышении давления в рекордно широком интервале от сильно разреженного (20 мторр) до плотного (1500 торр), что позволило выявить и параметризировать практически все эффекты, проявляющиеся в спектре газа как результат межмолекулярных взаимодействий, включая континуальное поглощение, формирующееся под линиями при повышении давления. Продемонстрировано согласие на субпроцентном уровне между экспериментальными спектрами и результатами квантово-химических ab initio расчетов в рамках ударного приближения. Полученные данные будут использованы для разработки глобальной физически обоснованной модели поглощения излучения газами.
28. Разработан новый метод обработки сигналов спектральной оптической когерентной томографии (ОКТ), который предназначен для эффективного подавления артефактов движения в условиях большой глубины зондирования. Метод применен в составе отоскопической системы спектральной ОКТ, что обеспечило высокое качество 3D визуализации в реальном времени. Метод основан на алгоритме коррекции фазы интерферометрического сигнала за счет взаимной корреляции соседних A-сканов, что позволяет исправлять искажения, вызванные нежелательными смещениями ручного зонда относительно объекта со скоростью до 3 мм/с. Обработка изображений выполняется в режиме реального времени с использованием только центрального процессора, что позволяет обеспечить скорость получения изображения 20 B-сканов/с при использовании устройства с ноутбуком потребительского класса или компактного ПК без дискретного графического процессора. Это позволяет применять устройство в условиях кабинета ЛОР-обследования или операционной и осуществлять его перемещение без помощи дополнительного персонала.
29. Исследована динамика электронного волнового пакета в сильном постоянном скрещенном электромагнитном поле с учетом радиационных поправок, обусловленных взаимодействием электрона с вакуумными флуктуациями. Найдена волновая функция электрона, являющаяся решением уравнения Дайсона - Швингера, описывающего «безизлучательные» состояния электрона. Пространственно-временная зависимость волнового пакета получена аналитически для конечного интервала времени, который тем больше, чем уже пакет в импульсном пространстве. Радиационные поправки меняют волновую функцию электрона, приводя, в частности, к затуханию волнового пакета. Найдено также среднее значение оператора спина с учетом радиационных поправок.
30. Разработан прибор для широкополосной (450-1000 нм) оптической диффузионной спектроскопии (ОДС) с контактным оптоволоконным щупом и алгоритмом реконструкции, позволяющим определять кровенаполнение, оксигенацию, содержание воды и других хромофоров, а также характеристики рассеяния тканей. Реализованный в данном приборе подход самокалибровки позволил существенно уменьшить влияние поверхностных оптических неоднородностей на результат исследований. Совместно с сотрудниками Ожогового центра ПИМУ прибор был апробирован на экспериментальных животных для выявления различий в динамиках оксигенации, кровенаполнения и содержания воды в алло- и аутотрансплантатах кожи, используемых для раневого покрытия. Полученные результаты могут быть использованы для поиска ранних признаков отторжения трансплантата.
31. Впервые установлено, что в диссипативной осцилляторной нейронной сети с симплексными пластичными связями существуют хаотические спайковые последовательности, в которых распределение межспайковых интервалов является уникально широким, что свидетельствует о высокой информационной ёмкости сети. Такие спайковые последовательности задаются траекториями обратимого ядра - замкнутого инвариантного множества, образованного пересечением инвариантных многообразий седловых траекторий хаотических аттрактора и репеллера. Обратимое ядро является математическим образом третьего типа хаотического поведения (так называемой смешанной динамики), принципиально отличающегося как от диссипативного, так и от консервативного хаоса. Установлено, что наличие в системе симплексных связей существенно изменяет структуру обратимого ядра: поведение системы в прямом и обратном времени обладает высокой степенью схожести, модуль суммы ляпуновских показателей достигает значений порядка 10-5, а спектральная плотность мощности более равномерно распределена по частотам.
32. Показано, что при отражении релятивистски интенсивного лазерного импульса от поверхности мишени околокритической плотности наблюдается доплеровское смещение как в высокочастотную, так и в низкочастотную область, что приводит к одновременной генерации импульсов рентгеновского и среднего инфракрасного диапазонов. При этом эффективность конверсии энергии в диапазон >3 мкм может достигать нескольких процентов, что открывает возможности при соответствующей фокусировке достичь релятивистски интенсивных импульсов в этом диапазоне. Эти импульсы оказываются синхронизированы с аттосекундными импульсами высокочастотного диапазона, что может быть использовано в высокоточных pump-probe измерениях, например, методом лазерно-индуцированной электронной дифракции.
33. Разработан светосильный микроскоп с рабочей длиной волны 13.8 нм на основе импульсного лазерно-плазменного источника рентгеновского излучения, проекционного объектива Шварцшильда на основе многослойных асферических рентгеновских зеркал с низкими аберрациями. Впервые в рентгеновской микроскопии реализована опция компьютерной аксиальной томографии, позволяющая восстанавливать объемное строение исследуемых образцов за счет перемещения их вдоль оптической оси. Основные характеристики микроскопа: увеличение 46 крат, поле зрения в предметной плоскости 290 x 290 мкм2, латеральное разрешение 140 нм, аксиальное - 420 нм. Получены трехмерные рентгеновские изображения строений различных биологических объектов.
34. Создан визуализатор источников рентгеновского излучения на основе объектива Шварцшильда с многослойными Mo/Be зеркалами нормального падения, Mo/Be спектральными фильтрами и двухкоординатного детектора для характеризации лазерно-плазменного источника рентгеновского литографа. Созданная система на длине волны 11.25 нм, соответствующей лазерному пробою в сверхзвуковой струе криптона, характеризуется пятикратным увеличением, полем зрения в предметной плоскости 2.66 мм, разрешением до 4 мкм. Проведены исследования пробоя импульсным лазером на длине волны 1.06 мкм и выявлена сложная структура лазерной искры в зависимости от давления газа на входе сопла.
35. Получено лазерное излучение при оптической накачке в микродисковых резонаторах с квантовыми ямами на основе гетероструктур HgTe/CdHgTe. Длина волны излучения перестраивается от 4.6 мкм до 3.8 мкм в окне прозрачности атмосферы при изменении температуры от 9 К до 230 К, температуры достижимой при термоэлектрическом охлаждении.
36. Методом спектроскопии высокого разрешения ТГц диапазона определены маркеры метаболитов ЛОР-органов. По спектрам поглощения образцов при терморазложении патологических тканей выявлено, что маркером полипа клиновидной пазухи являются серии линий поглощения ацетона, гидроксиацетона, метилбутиронитрила, ацетонитрила, пентаннитрила и фурана. Продукты термического разложения кисты верхнечелюстной пазухи содержат линии поглощения уксусной и акриловой кислот. Показана применимость метода в клинической практике для построения метаболического профиля заболеваний и прогнозирования хода лечения.
37. Предсказана и экспериментально продемонстрирована на бислоях Cu/MoN в латеральном магнитном поле невзаимность индуктивности и вольт-амперных характеристик двухслойных структур сверхпроводник/нормальный металл. Невзаимность в асимметричном сверхпроводящем бислое, помещенном в латеральное магнитное поле, связана с существованием состояния с конечным импульсом сверхпроводящих электронов при нулевом токе. Полученные большие величины невзаимности индуктивности и диодного эффекта могут быть востребованы в различных устройствах сверхпроводниковой микроэлектроники.
38. Созданы спинтронные источники ТГц излучения на основе пленок ферромагнетик/тяжелый металл (Co/Pt) нанометровой толщины. Механизм излучения связан с возникновением возбужденных электронов, поляризованных по спину, при облучении системы фемтосекундным лазером. В процессе релаксации электронов, в условиях сильного спин-орбитального взаимодействия в тяжелом металле, в пленке Pt возбуждается высокочастотный электрический ток и излучение терагерцового диапазона. Направление спинполяризованного тока зависит от ориентации намагниченности ферромагнетика, что позволяет реализовать управление поляризацией и фазой излучаемого терагерцового импульса внешним магнитным полем.
39. Создан прототип однофотонного сверхпроводникового детектора на алюминиевых джозефсоновских контактах с критическим током 23 нА. В важном для регистрации темной материи диапазоне частот порядка 10 ГГц продемонстрировано детектирование 1-5 фотонов при температуре 50 мК со средним временем срабатывания детектора до 10 сек в отсутствии излучения.
40. Проведён общий анализ условий зарождения трещины на источниках со слабыми расходимостями полей напряжений. Результаты анализа использованы для случая зарождения трещин в упругих полях ротационно-сдвиговых мезодефектов, формирующихся на границах зёрен деформационного происхождения на поздних стадиях фрагментации материала. Установлено, что зарождение трещин наиболее вероятно на участках фрагментированной структуры, характеризующихся высокими градиентами разориентации кристаллической решётки порядка 12-14 град/мкм. Показано, что наведённое зернограничное проскальзывание, вызванное потерей устойчивости сдвиговых мезодефектов, существенно облегчает зарождение трещин. Полученные результаты могут найти применение при построении теории вязкого разрушения и разработки методов диагностики прочностного состояния металлов.
41. Определены критерии живучести литых жаропрочных никелевых сплавов после длительной высокотемпературной натурной эксплуатации с разными наработками (от 23 до 110 тыс. часов): разнозернитость от 10 до 500 мкм, размер карбидных частиц и пор более 5 мкм, твердость (HV) более 3,5 ГПа, коэффициент пластичности менее 0,85. Выявлены закономерности высокотемпературной усталости, проявляющиеся в увеличении разнозернистости и доли двойниковых границ зерен никелевой матрицы, коагуляции частиц упрочняющей карбидной фазы, увеличении пористости. Показано, что микроструктурные изменения приводят к выраженной неоднородности в распределении микротвердости, проявлению эффектов упрочнения и разупрочнения, снижению пластичности и появлению микрохрупкости в термонагруженных зонах. Полученные критерии использованы для определения ремонтопригодности рабочих лопаток газовой турбины ГТЭ-45-3, эксплуатируемой в АО «Якутскэнерго»
42. Разработан способ определения остаточных и температурных напряжений в железнодорожных рельсах по результатам измерений времени распространения головных волн, с использованием акустоупругого и термоупругого эффектов, для различных типов ультразвуковых волн в конструкционных металлических сплавах. Высокая точность определения достигнута применением дифференциальной схемы измерения времени распространения головных волн с одним излучающим и двумя приемными пьезоэлектрическими преобразователями. Создан акустический тензометр ТАР-01 для контроля состояния железнодорожных путей ОАО «РЖД».
Как обычно, формулировки авторские. Опечатки есть. Часть результатов имеет соавторов не из нашего института.
1. Впервые экспериментально получен режим захвата частоты 170-ГГц мегаваттного гиротрона, разработанного для системы электронно-циклотронного нагрева токамака ИТЭР, сигналом малой (~20 кВт) мощности от стабилизированного гиротрона-драйвера. Внешний сигнал подавался в резонатор захватываемого гиротрона через комбинированную линию транспортировки излучения и двунаправленный квазиоптический преобразователь, позволяющий трансформировать входное излучение в рабочую моду. Продемонстрировано улучшение выходных характеристик излучения, включая существенное (~2.5), расширение полосы устойчивой одномодовой генерации рабочего типа колебаний, увеличение генерируемой мощности на 10%, а также возможность обужения спектра, ширина которого в режиме захвата определяется спектром драйвера. Полученные результаты открывают возможность создания сверхмощных комплексов, состоящих из большого числа сфазированных мегаваттных гиротронов.
2. Развита концепция источника экстремального ультрафиолетового (ЭУФ) излучения на основе лазерного разряда c многозарядными ионами в потоке ксенона высокой плотности. Экспериментально продемонстрировано, что при фокусировке излучения Nd:YAG лазера с энергией 0.8 Дж и длительностью импульса 7 нс на сверхзвуковую струю ксенона можно получить ЭУФ излучение в диапазоне 11.16±0.13 нм с энергией до 10 мДж, что отвечает эффективности конверсии 1%. Исследован новый механизм распространения разряда за пределы фокальной области, связанный с фотоионизацией окружающего газа ультрафиолетовым излучением и последующим нагревом образующейся плазмы потоком тепла из фокальной области за счет электронной теплопроводности. Предложенный механизм позволяет объяснить полученные в экспериментах данные и указать пути увеличения эффективности конверсии лазерного излучения в источниках ЭУФ излучения для проекционной литографии высокого разрешения.
3. Предложен метод эффективного преобразования параксиальных волн металлического волновода большого сечения в гауссов волновой пучок. Синтезированная деформация поверхности волновода обеспечивает преобразование исходного параксиального пространственного спектра в спектр гауссова волнового пучка, распространяющегося под большим углом к оси волновода. Метод применен для преобразования моды ТЕ1.2 гиротрона с частотой 28 ГГц и мощностью 20 кВт в волноводе диаметром 66 мм. Эффективность преобразования составила 98.5 %. Синтез поверхности волновода выполнен при использовании уникального итерационного алгоритма, разработанного в ИПФ РАН.
4. В эксперименте реализован импульсный гиротрон (80 кВ / 0,7 А / 10 mсек), работающий на третьей циклотронной гармонике на частоте 1 ТГц, в котором использовался модифицированный резонатор, обеспечивающий одновременно как повышенную селективность возбуждения рабочей волны, так и существенное снижение ее омических потерь. Это позволило увеличить мощность выходного излучения в 3,5 раза (т.е. до 1,3 кВт по сравнению с 0,4 кВт в эксперименте с традиционным регулярным гиротронным резонатором), а также расширить область параметров, соответствующих селективной одномодовой генерации на третьей циклотронной гармонике.
5. Продемонстрировано хранение и считывание поляризационного состояния света памятью на основе атомной частотной гребенки в кристалле 153Eu:Y2SiO5 как для режима с яркими импульсами, так и в однофотонном режиме. Проведена реконструкция χ-матрицы процесса, соответствующего реализованной квантовой памяти, продемонстрирована точность воспроизведения квантового состояния на уровне 80% при максимальной эффективности около 26%. Также показано, что память с высокой точностью сохраняет разность фаз между записываемыми импульсами, что принципиально для работы с временными кубитами.
6. Реализован генератор поверхностной волны W-диапазона частот на основе пространственно-развитого релятивистского электронного пучка трубчатой конфигурации. Использование двумерно-периодической замедляющей структуры, обеспечивающей значительное разрежение спектра азимутальных мод, позволило получить устойчивый режим узкополосной генерации с выходной мощностью до 150 МВт при рекордных для релятивистских мазеров факторе сверхразмерности, когда диаметр системы составлял около 10 длин волн. В соответствии с результатами моделирования режим генерации характеризовался азимутально-симметричной структурой поля выходного излучения.
7. Исследована электролюминесценция центров окраски кремний-вакансия (SiV центров) в алмазных p-i-n диоде и диоде со структурой, предполагающей параллельное включение p-i-n диода и диода Шоттки. В спектре электролюминесценции, кроме излучения на длине волны 738 нм, соответствующего излучению центров в отрицательном зарядовом состоянии (SiV- центр), зарегистрировано излучение на длине волны 946 нм, соответствующее излучению центров в нейтральном зарядовом состоянии (SiV0 центров). Получена высокая интенсивность излучения SiV- центров при высокой плотности тока в p-i-n диоде (порядка 500 А/см2). Показано, что при создании не ансамбля центров, а одиночного SiV центра во внутренней области p-i-n диода, достигнутые условия обеспечат скорость излучения одиночных фотонов при электролюминесценции более, чем 106 фотонов в секунду. При возбуждении p-i-n диода импульсами напряжения наносекундной длительности показана возможность получения коротких импульсов излучения на длине волны 738 нм, что позволяет рассматривать диод исследованной конструкции в качестве источника одиночных фотонов.
8. Экспериментально исследована фотоэмиссия электронов из легированных фосфором нанокристаллических алмазных (НКА) пленок толщиной от 50 до 1200 нм под действие лазерного излучения с длиной волны 266 нм и длительностью импульса 15 нс. Установлена связь между условиями роста, толщиной НКА пленок и величиной измеренной квантовой эффективности алмазных фотокатодов. Показано, что максимальную квантовую эффективность 3×10-5 демонстрировали сильно легированные НКА пленки толщиной 50 нм с пассивированной водородом поверхностью. Высокая квантовая эффективность пленок, на порядок превышающая медный фотокатод, не критичность к вакууму и загрязнениям поверхности, возможность варьирования высоты энергетического барьера за счет создания долгоживущего гидрогенизированного слоя на поверхности определяют перспективность применения пленок для фотоинжекции электронов в современных ускорителях.
9. Теоретически предсказан новый топологический эффект, возникающий при отражении квазиоптического волнового пучка с конечной апертурой от области непрозрачности в плавнонеоднородной магнитоактивной плазме. В условиях эффективной линейной трансформации электромагнитных мод и узкой области непрозрачности для падающего излучения с обыкновенной поляризацией отраженный волновой пучок приобретает значительный угловой момент. Спиральность отраженного излучения приводит к неподверженным дифракционному расплыванию явлениям - формированию ноля интенсивности волнового поля на оси вращения и смещению этой оси относительно центра масс исходного падающего пучка (незеркальное отражение). Положение оси вращения оказывается чувствительным к направлению и модулю внешнего магнитного поля в области отражения, что позволяет использовать обнаруженный эффект для тонкой диагностики локального магнитного поля в больших магнитных ловушках.
10. В плазме, поддерживаемой непрерывным СВЧ-излучением гиротрона с частотой 24 ??? в волноводном плазмотроне в потоке углекислого газа продемонстрирован трехкратный рост степени конверсии ??2 и энергоэффективности за счет охлаждения (закалки) постразрядной области встречным потоком газа. На основе численного моделирования показано, что рост степени конверсии при разрушении структуры плазменного факела обусловлен увеличением теплообмена с окружающей атмосферой, а эффективность этого разбиения определяется скоростью и плотностью закалочного газа.
11. Эффекты, возникающие при распространении сверхширокополосных электромагнитных импульсов (СШП ЭМИ) в атмосфере и ионосфере Земли в диапазоне частот 0.5 - 10 ГГц, впервые промоделированы с применением крупномасштабных передающих линий, которые заполняются частично ионизированной плазмой и возбуждаются генераторами нано- и субнаносекундных импульсов, в том числе - в магнитном поле в экспериментах, проведенных на стенде «Крот». При уровнях напряженности электрического поля ЭМИ от 100 В/м до нескольких МВ/м в передающих линиях различного типа, включая сверхразмерную коаксиальную линию (длина 10 м, диаметр 1.4 м), симметричные полосковые линии и коаксиальную линию сверхвысокого напряжения, показаны эффекты линейной (дисперсионной) и нелинейной трансформации формы СШП ЭМИ в условиях нестационарной ионизации разреженного газа и нелинейного поглощения. Обнаружена филаментация свечения газа, возбуждаемого при распространении мощных ЭМИ, а также нестационарный - всплесковый - характер свечения в присутствии паров воды.
12. На основе трехмерной численной модели, с учетом распределения электростатического поля внутри и на периферии стримерных зон положительного и отрицательного лидеров молнии, проанализированы условия возникновения пространственных стемов - активных элементов процесса формирования ступеней лидера. Показано, что отличие способов роста положительных и отрицательных лидеров обусловлено асимметрией пороговых полей распространения положительных и отрицательных стримеров, которая влияет на макромасштабные проявления молниевого разряда. Результаты моделирования позволяют объяснить, почему частота формирования ступеней отрицательных лидеров молнии падает с ростом высоты и почему ступени лабораторных положительных лидеров наблюдаются только при высокой абсолютной влажности воздуха. Результат важен для решения практических задач молниезащиты.
13. На основании экспериментов с использованием радиолокационных, оптических и контактных методов измерений показано, что удельная эффективная площадь рассеяния (УЭПР) водной поверхности на ортогональной поляризации линейно зависит от доли поверхности воды, покрытой обрушениями. С использованием полученной зависимости построена композитная модель рассеяния СВЧ-излучения на взволнованной водной поверхности, учитывающая вклад в УЭПР ветрового волнения в рамках приближения «малых уклонов» второго порядка. Модель верифицирована на основе сопоставления с данными лабораторного эксперимента с использованием измеренных спектра волнения и доли поверхности воды, покрытой обрушениями. Показано, что монотонный рост УЭПР при высоких скоростях ветра связан с увеличением площади поверхности, занятой обрушениями, при этом вклад ветрового волнения стремится к насыщению, как на со-осной поляризации. Найденные закономерности могут быть использованы при построении алгоритма восстановления скорости ураганного ветра по дистанционным, в том числе, спутниковым радиолокационным измерениям.
14. Впервые проведены натурные измерения центра линии собственного излучения атмосферного озона вблизи 110.836 ГГц с рекордно высокой точностью (~12 кГц). Обработка длительных рядов спектров яркостной температуры позволила определить центральную частоту этой линии равной 110835,909±0,016 МГц. Показано, что доплеровский сдвиг частоты горизонтальным ветром, а также вариации тропосферного поглощения не влияют на полученный результат. Найденное значение на 130 кГц меньше лабораторно измеренного и заметно отличается от расчетов современных моделей, но близко к результатам ранних полуэмпирических расчетов, проведенных более 40 лет назад. Найденная частота перехода озона J = 61,5 - 60,6 может быть использована как референтная точка для создания новой микроволновой аппаратуры, нацеленной на измерение профиля озона и профиля зонального ветра в области мезопаузы, и тестирования современных полуэмпирических и квантово-химических методов и моделей.
15. Разработана модель генерации, переноса и стока биогеохимических примесей (растворенных газов и твердого углерода) в водоемах суши. Предложенная модель объединена в комплекс с моделью термогидродинамики замкнутого водного объекта, разрабатываемую в НИВЦ МГУ. Предложено и програмно реализовано модифицированное описание турбулентности, позволившее обеспечить воспроизведение переноса скаляров и, в частности, биогеохимических субстанций через термоклин. С помощью уравнений переноса, диффузии и реакций описаны основные биогеохимические процессы, протекающие во внутренних водоемах, что представляет интерес как для решения локальных задач экологической проблематики, так и для исследования вклада внутренних водоемов в глобальные климатические процессы.
16. В ходе модельных натурных и лабораторных экспериментов обнаружено, что затухание ветровых поверхностных волн в присутствии фрагментированного льда носит резонансный характер, а коэффициент затухания имеет локальный максимум, когда длины волн сравнимы с размерами “льдин”. Численное решение в среде OpenFOAM задачи о взаимодействии плавающих тел (льдин) с поверхностной волной подтвердило резонансный эффект затухания волн, рассчитанные величины коэффициента затухания количественно согласуются с экспериментально полученными значениями. Дано физическое объяснение эффекта резонансного затухания волны как результата возрастания присоединенной массы льдин, когда частоты их собственных вертикальных и вращательных колебаний близки к частоте волны.
17. На основании результатов трехмерного химико-транспортного моделирования области мезопаузы (80-100 км) предложена простая и удобная для практического использования характеристика (граница равновесия ночного озона), позволяющая отслеживать высотное положение переходной зоны, которая разделяет принципиально разные режимы поведения фотохимии; ее вариации отражают изменчивость многих физико-химических явлений на этих высотах, например, атмосферных свечений возбужденных состояний кислорода и гидроксила. Анализ глобальной многолетней эволюции границы равновесия ночного озона по данным спутникового зондирования SABER/TIMED в 2002-2021 гг. выявил, что данная характеристика является чувствительным индикатором динамики средней атмосферы с различными пространственно-временными масштабами. В частности, она чувствительна к внезапным стратосферным потеплениям и явлениям приподнятой (до ~80 км) стратопаузы, в ее годовых вариациях на низких и средних широтах наблюдается четкий (с коэффициентом антикорреляции, близким к -1) сигнал 11-летнего солнечного цикла.
18. Разработаны статистические модели низкочастотных акустических полей сигнала удаленного источника и морских шумов в подводных каналах мелкого моря в условиях развитого ветрового волнения. Установлены и на примере канала с параметрами, типичными для Баренцева моря в зимний период, продемонстрированы принципиальные физические эффекты: влияние анизотропии ветрового волнения и взаимных корреляций модовых амплитуд на формирование когерентности сигнального поля, многократного рассеяния звука на формирование когерентности шумового поля. На этой основе выполнены реалистичные расчеты когерентных свойств принимаемого многомодового сигнала и шумового поля в широкой области параметров задачи и проведен сравнительный анализ эффективности методов пространственной обработки сигналов по величине коэффициента усиления антенны при различном ее положении в канале (горизонтальном и вертикальном) в зависимости от дистанции и скорости ветра.
19. Впервые в мировой практике получены обобщенные характеристики вибрационных шумов, возникающих в бурильной колонне в процессе полного цикла бурения скважины, включающего все его стадии.
Для измерения шумов бурения разработан и изготовлен автономный скважинный регистратор шумов для встраивания в буровую колонну в области её нижней компоновки. Проведена серия прямых экспериментов по измерению характеристик вибраций, охватывающих в одном цикле различные условия бурения (состав бурильной колонны, глубина бурения, наклон бурения, температурные и гидростатические воздействия, различные породы забоя и т.д.)
Характеристики получены для широкого диапазона частот с единиц герц до 25 кГц. Исследованы акустические характеристики отдельных технологических операций бурения и установлены пределы по амплитуде и характерным частотам вибраций при различных режимах. Полученные результаты критически важны для создания высокоскоростных акустических каналов связи вдоль бурильной колонны и диагностики процесса бурения.
22. Детально разработан проект XCELS, целью которого является создание уникального источника света с мощностью 600 ПВт на основе оптического параметрического усиления чирпированных импульсов в кристалле DKDP. Один канал лазерной системы XCELS потенциально способен обеспечить уровень интенсивности в фокусе в несколько раз больше, чем 1024 Вт/см2. Пост-компрессия импульса позволит преодолеть уровень 1025 Вт/см2. Дипольная фокусировка излучения 12 каналов даже без пост-компрессии и без фазировки приблизит интенсивность к 1026 Вт/см2. В случае фазировки каналов интенсивность будет еще в несколько раз выше. Уникальные возможности XCELS в области экспериментальной физики сверхсильных электромагнитных полей связаны не только с этими рекордными значениями интенсивности, но и с мультипучковой архитектурой, позволяющей проводить эксперименты со сложными распределениями лазерных полей и с дополнительными каналами лазерного и вторичного излучений.
23. Впервые экспериментально продемонстрирована возможность повышения чувствительности интерферометрических измерений на 4 дБ относительно стандартного квантового предела с помощью сжатых когерентных состояний, полученных в керровской среде, тогда как в предшествующих демонстрациях для повышения чувствительности использовались сжатые вакуумные состояния, генерировавшиеся в средах с квадратичной нелинейностью. Для этого разработана оригинальная система на основе нелинейных поляризационно-поддерживающих волокон для сжатия квантовой неопределенности состояния поляризации фемтосекундных импульсов лучше -5 дБ, обладающая высокой долговременной стабильностью без активных систем стабилизации. Разработаны численные модели и аналитические приближения для описания процесса генерации сжатых состояний в нелинейных волокнах с учетом эффектов дисперсии, потерь, керровской и рамановской нелинейностей, показавшие хорошее согласие с экспериментальными результатами, и позволяющие оптимизировать параметры волокон и импульсов для получения наилучшего сжатия.
24. Разработана самосогласованная теория сильно нелинейного отклика, возникающего в плазме при распространении в ней мощного лазерного импульса или сильноточного релятивистского сгустка электронов. Такой отклик характеризуется образованием в плазме полости, свободной от электронов, и характерен для большинства современных экспериментов по плазменному ускорению электронов. В отличие от предыдущих моделей разработанная теория удовлетворяет закону сохранения энергии, не требует каких-либо внешних подгоночных параметров, с гораздо более высокой точностью описывает структуру плазменной полости и распределение электромагнитного поля в широком диапазоне параметров. Полученные результаты подтверждены трехмерным моделированием методом частиц в ячейках.
25. На экспериментальной комплексе PEARL проведены эксперименты по лабораторному моделированию процесса формирования и распространения джетов - узконаправленных сверхзвуковых струй вещества, характерных для аккрецирующих звездных объектов, в частности, протозвезд. Изучен механизм коллимации джетов в типичном для протозвезд неоднородном полоидальном магнитном поле со структурой «песочных часов». Магнитное поле требуемой конфигурации создавалось уникальной магнитной системой усиленной конструкции, выдерживающей механические нагрузки до 108 Н/м2 и позволяющей при встречном включении тока в катушках генерировать магнитное поле индукцией 9 Тл. Численное моделирование уникальным гибридным PIC кодом продемонстрировало выполнение подобия Эйлера, подтверждающее масштабирование лабораторной и астрофизической систем.
26. Аналитически описаны все пространственно-временные эффекты, возникающие в несимметричном непланарном оптическом компрессоре, состоящем из двух неодинаковых пар дифракционных решеток. Основной эффект - сглаживание пространственных флуктуаций лазерного пучка в двух направлениях: в направлении вдоль штрихов решетки за счет непланарности, и в направлении поперек - за счет несимметричности. Показано, что физический механизм сглаживания - запаздывание или обгон основного импульса пространственными гармониками, причем время запаздывания пропорционально поперечному волновому вектору. Доказано, что несимметричность и непланарность компрессора не уменьшает фокальную интенсивность. Получены точные выражения для спектра флуктуаций флюенса на выходе компрессора.
27. На примере газовой смеси СО с Ar с помощью разработанного в ИПФ РАН уникального комплекса взаимодополняющих установок проведён детальный анализ эволюции формы резонансного спектра поглощения при повышении давления в рекордно широком интервале от сильно разреженного (20 мторр) до плотного (1500 торр), что позволило выявить и параметризировать практически все эффекты, проявляющиеся в спектре газа как результат межмолекулярных взаимодействий, включая континуальное поглощение, формирующееся под линиями при повышении давления. Продемонстрировано согласие на субпроцентном уровне между экспериментальными спектрами и результатами квантово-химических ab initio расчетов в рамках ударного приближения. Полученные данные будут использованы для разработки глобальной физически обоснованной модели поглощения излучения газами.
28. Разработан новый метод обработки сигналов спектральной оптической когерентной томографии (ОКТ), который предназначен для эффективного подавления артефактов движения в условиях большой глубины зондирования. Метод применен в составе отоскопической системы спектральной ОКТ, что обеспечило высокое качество 3D визуализации в реальном времени. Метод основан на алгоритме коррекции фазы интерферометрического сигнала за счет взаимной корреляции соседних A-сканов, что позволяет исправлять искажения, вызванные нежелательными смещениями ручного зонда относительно объекта со скоростью до 3 мм/с. Обработка изображений выполняется в режиме реального времени с использованием только центрального процессора, что позволяет обеспечить скорость получения изображения 20 B-сканов/с при использовании устройства с ноутбуком потребительского класса или компактного ПК без дискретного графического процессора. Это позволяет применять устройство в условиях кабинета ЛОР-обследования или операционной и осуществлять его перемещение без помощи дополнительного персонала.
29. Исследована динамика электронного волнового пакета в сильном постоянном скрещенном электромагнитном поле с учетом радиационных поправок, обусловленных взаимодействием электрона с вакуумными флуктуациями. Найдена волновая функция электрона, являющаяся решением уравнения Дайсона - Швингера, описывающего «безизлучательные» состояния электрона. Пространственно-временная зависимость волнового пакета получена аналитически для конечного интервала времени, который тем больше, чем уже пакет в импульсном пространстве. Радиационные поправки меняют волновую функцию электрона, приводя, в частности, к затуханию волнового пакета. Найдено также среднее значение оператора спина с учетом радиационных поправок.
30. Разработан прибор для широкополосной (450-1000 нм) оптической диффузионной спектроскопии (ОДС) с контактным оптоволоконным щупом и алгоритмом реконструкции, позволяющим определять кровенаполнение, оксигенацию, содержание воды и других хромофоров, а также характеристики рассеяния тканей. Реализованный в данном приборе подход самокалибровки позволил существенно уменьшить влияние поверхностных оптических неоднородностей на результат исследований. Совместно с сотрудниками Ожогового центра ПИМУ прибор был апробирован на экспериментальных животных для выявления различий в динамиках оксигенации, кровенаполнения и содержания воды в алло- и аутотрансплантатах кожи, используемых для раневого покрытия. Полученные результаты могут быть использованы для поиска ранних признаков отторжения трансплантата.
31. Впервые установлено, что в диссипативной осцилляторной нейронной сети с симплексными пластичными связями существуют хаотические спайковые последовательности, в которых распределение межспайковых интервалов является уникально широким, что свидетельствует о высокой информационной ёмкости сети. Такие спайковые последовательности задаются траекториями обратимого ядра - замкнутого инвариантного множества, образованного пересечением инвариантных многообразий седловых траекторий хаотических аттрактора и репеллера. Обратимое ядро является математическим образом третьего типа хаотического поведения (так называемой смешанной динамики), принципиально отличающегося как от диссипативного, так и от консервативного хаоса. Установлено, что наличие в системе симплексных связей существенно изменяет структуру обратимого ядра: поведение системы в прямом и обратном времени обладает высокой степенью схожести, модуль суммы ляпуновских показателей достигает значений порядка 10-5, а спектральная плотность мощности более равномерно распределена по частотам.
32. Показано, что при отражении релятивистски интенсивного лазерного импульса от поверхности мишени околокритической плотности наблюдается доплеровское смещение как в высокочастотную, так и в низкочастотную область, что приводит к одновременной генерации импульсов рентгеновского и среднего инфракрасного диапазонов. При этом эффективность конверсии энергии в диапазон >3 мкм может достигать нескольких процентов, что открывает возможности при соответствующей фокусировке достичь релятивистски интенсивных импульсов в этом диапазоне. Эти импульсы оказываются синхронизированы с аттосекундными импульсами высокочастотного диапазона, что может быть использовано в высокоточных pump-probe измерениях, например, методом лазерно-индуцированной электронной дифракции.
33. Разработан светосильный микроскоп с рабочей длиной волны 13.8 нм на основе импульсного лазерно-плазменного источника рентгеновского излучения, проекционного объектива Шварцшильда на основе многослойных асферических рентгеновских зеркал с низкими аберрациями. Впервые в рентгеновской микроскопии реализована опция компьютерной аксиальной томографии, позволяющая восстанавливать объемное строение исследуемых образцов за счет перемещения их вдоль оптической оси. Основные характеристики микроскопа: увеличение 46 крат, поле зрения в предметной плоскости 290 x 290 мкм2, латеральное разрешение 140 нм, аксиальное - 420 нм. Получены трехмерные рентгеновские изображения строений различных биологических объектов.
34. Создан визуализатор источников рентгеновского излучения на основе объектива Шварцшильда с многослойными Mo/Be зеркалами нормального падения, Mo/Be спектральными фильтрами и двухкоординатного детектора для характеризации лазерно-плазменного источника рентгеновского литографа. Созданная система на длине волны 11.25 нм, соответствующей лазерному пробою в сверхзвуковой струе криптона, характеризуется пятикратным увеличением, полем зрения в предметной плоскости 2.66 мм, разрешением до 4 мкм. Проведены исследования пробоя импульсным лазером на длине волны 1.06 мкм и выявлена сложная структура лазерной искры в зависимости от давления газа на входе сопла.
35. Получено лазерное излучение при оптической накачке в микродисковых резонаторах с квантовыми ямами на основе гетероструктур HgTe/CdHgTe. Длина волны излучения перестраивается от 4.6 мкм до 3.8 мкм в окне прозрачности атмосферы при изменении температуры от 9 К до 230 К, температуры достижимой при термоэлектрическом охлаждении.
36. Методом спектроскопии высокого разрешения ТГц диапазона определены маркеры метаболитов ЛОР-органов. По спектрам поглощения образцов при терморазложении патологических тканей выявлено, что маркером полипа клиновидной пазухи являются серии линий поглощения ацетона, гидроксиацетона, метилбутиронитрила, ацетонитрила, пентаннитрила и фурана. Продукты термического разложения кисты верхнечелюстной пазухи содержат линии поглощения уксусной и акриловой кислот. Показана применимость метода в клинической практике для построения метаболического профиля заболеваний и прогнозирования хода лечения.
37. Предсказана и экспериментально продемонстрирована на бислоях Cu/MoN в латеральном магнитном поле невзаимность индуктивности и вольт-амперных характеристик двухслойных структур сверхпроводник/нормальный металл. Невзаимность в асимметричном сверхпроводящем бислое, помещенном в латеральное магнитное поле, связана с существованием состояния с конечным импульсом сверхпроводящих электронов при нулевом токе. Полученные большие величины невзаимности индуктивности и диодного эффекта могут быть востребованы в различных устройствах сверхпроводниковой микроэлектроники.
38. Созданы спинтронные источники ТГц излучения на основе пленок ферромагнетик/тяжелый металл (Co/Pt) нанометровой толщины. Механизм излучения связан с возникновением возбужденных электронов, поляризованных по спину, при облучении системы фемтосекундным лазером. В процессе релаксации электронов, в условиях сильного спин-орбитального взаимодействия в тяжелом металле, в пленке Pt возбуждается высокочастотный электрический ток и излучение терагерцового диапазона. Направление спинполяризованного тока зависит от ориентации намагниченности ферромагнетика, что позволяет реализовать управление поляризацией и фазой излучаемого терагерцового импульса внешним магнитным полем.
39. Создан прототип однофотонного сверхпроводникового детектора на алюминиевых джозефсоновских контактах с критическим током 23 нА. В важном для регистрации темной материи диапазоне частот порядка 10 ГГц продемонстрировано детектирование 1-5 фотонов при температуре 50 мК со средним временем срабатывания детектора до 10 сек в отсутствии излучения.
40. Проведён общий анализ условий зарождения трещины на источниках со слабыми расходимостями полей напряжений. Результаты анализа использованы для случая зарождения трещин в упругих полях ротационно-сдвиговых мезодефектов, формирующихся на границах зёрен деформационного происхождения на поздних стадиях фрагментации материала. Установлено, что зарождение трещин наиболее вероятно на участках фрагментированной структуры, характеризующихся высокими градиентами разориентации кристаллической решётки порядка 12-14 град/мкм. Показано, что наведённое зернограничное проскальзывание, вызванное потерей устойчивости сдвиговых мезодефектов, существенно облегчает зарождение трещин. Полученные результаты могут найти применение при построении теории вязкого разрушения и разработки методов диагностики прочностного состояния металлов.
41. Определены критерии живучести литых жаропрочных никелевых сплавов после длительной высокотемпературной натурной эксплуатации с разными наработками (от 23 до 110 тыс. часов): разнозернитость от 10 до 500 мкм, размер карбидных частиц и пор более 5 мкм, твердость (HV) более 3,5 ГПа, коэффициент пластичности менее 0,85. Выявлены закономерности высокотемпературной усталости, проявляющиеся в увеличении разнозернистости и доли двойниковых границ зерен никелевой матрицы, коагуляции частиц упрочняющей карбидной фазы, увеличении пористости. Показано, что микроструктурные изменения приводят к выраженной неоднородности в распределении микротвердости, проявлению эффектов упрочнения и разупрочнения, снижению пластичности и появлению микрохрупкости в термонагруженных зонах. Полученные критерии использованы для определения ремонтопригодности рабочих лопаток газовой турбины ГТЭ-45-3, эксплуатируемой в АО «Якутскэнерго»
42. Разработан способ определения остаточных и температурных напряжений в железнодорожных рельсах по результатам измерений времени распространения головных волн, с использованием акустоупругого и термоупругого эффектов, для различных типов ультразвуковых волн в конструкционных металлических сплавах. Высокая точность определения достигнута применением дифференциальной схемы измерения времени распространения головных волн с одним излучающим и двумя приемными пьезоэлектрическими преобразователями. Создан акустический тензометр ТАР-01 для контроля состояния железнодорожных путей ОАО «РЖД».