Научный архив: статьи

Обсуждаются научно-технические проблемы, возникающие при использовании метода изотопически селективной фотоионизации для производства изотопов иттербия. Определена оптимальная схема фотоионизации. Приведены спектроскопические и радиационные характеристики входящих в схему переходов. Для условий промышленного производства изотопов методами численного моделирования исследован процесс селективной фотоионизации 168-го изотопа иттербия. Определены требования к лазерным системам, производительность и селективность, а также методы экстракции ионов выделяемого изотопа, не приводящие к значительной потере селективности. Дано описание модели установки для производства весовых количеств изотопа иттербия

Разработан двумерный в координатном пространстве и трехмерный в пространстве скоростей численный код, основанный на методе частиц в ячейке, для моделирования мультипакторного разряда на диэлектрике, помещенном в плоскопараллельный волновод, с учетом вторичной электронной эмиссии с поверхности диэлектрика и стенок волновода, конечной температуры вторичных электронов, пространственного заряда электронов, а также упругого и неупругого отражения электронов от диэлектрика и стенок волновода. Код позволяет моделировать различные стадии мультипакторного разряда, начиная с возникновения электронной лавины и заканчивая стадией насыщения. Показано, что из-за утечки электронов на стенки волновода порог развития одностороннего мультипактора на диэлектрике, помещенном в зауженный волновод с абсорбирующими стенками, увеличивается по сравнению с порогом в случае неограниченного диэлектрика. Обнаружено, что, в зависимости от напряженности СВЧ-поля и вторично-эмиссионных характеристик стенок волновода, могут реализоваться два режима мультипакторного разряда. В первом режиме, который реализуется при относительно низких напряженностях СВЧ-поля, мультипакторный разряд развивается только на диэлектрике, поверхность которого заряжается положительно относительно стенок волновода. Во втором режиме, который реализуется при достаточно высоких напряженностях СВЧ-поля, происходит одновременное возбуждение одностороннего мультипактора на поверхности диэлектрика и двустороннего мультипактора между стенками волновода. В этом случае поверхность диэлектрика и пространство между стенками волновода приобретают отрицательный потенциал. Показано, что учет отражения электронов от поверхности диэлектрика и стенок волновода приводит к появлению высокоэнергетических хвостов функции распределения электронов.

Для условий горного ледника Эльбруса протестирована новая специализированная модель снежного покрова промежуточной сложности SnowDraw, направленная на климатический прогноз динамики ледников и речного стока в горных районах. Верификация модели на данных прямых наблюдений на леднике показала высокое качество воспроизведения сезонной динамики и водозапаса снежного покрова. Сравнение результатов представленной модели с другими доступными моделями различного уровня комплексности (NoahMP, SNOWPACK) показало, что она является вычислительно эффективным и качественным инструментом для прогноза динамики снежного покрова и оледенения в горах. Использование представленной модели в качестве блока параметризации горного оледенения IGRICE позволило получить оценки многолетнего распределения снежного покрова и величины снеговой компоненты стока для оледенения Эльбруса.

С помощью численного моделирования изучались особенности и режимы работы плазменной несимметричной вибраторной антенны конечной длины и диаметра на частоте сигнала f0 = 1,7 ГГц. Концентрация плазмы изменялась в пределах двух порядков, результаты расчетов сравнивались с аналогичной металлической антенной. Получены распределения составляющих электрических полей антенн в ближней зоне и диаграммы направленности. Приведены диаграммы направленности металлического вибратора, полученные в результате измерения и моделирования в двух программах.

В работе описывается двухмерная по координатам и трехмерная по скорости нестационарная кинетическая модель плазмы в газоразрядной камере ионного двигателя, решаемая методом частица-в-ячейке (2D3V-FullPIC). Данная модель предназначена для исследования особенностей горения разряда в зависимости от различных режимов работы, геометрии разрядной камеры и топологии магнитного поля. Приводятся результаты моделирования и выполняется их сравнение с результатами эксперимента.

Определены параметры инжектора аксиального плазменного пучка, инжектируемого в плазменный ускоритель, действующий на основе гирорезонансного ускорения электронов в реверсном магнитном поле. Методом частиц в ячейке проведено численное моделирование захвата электронов пучка в режим гирорезонансного ускорения. Определено оптимальное время аксиальной инжекции пучка в магнитную ловушку пробочного типа. Найдены параметры пучка, удовлетворяющие условиям эффективного захвата частиц в режим гиромагнитного авторезонанса.

Приведены результаты численного моделирования дрейфовых траекторий частиц в стеллараторе Л-2М с помощью разработанного в ИОФ РАН нового компьютерного кода «TRAZ». Код осуществляет интегрирование уравнения дрейфового движения частицы с учетом влияния на их движение возникающих в плазме радиальных электрических полей. Моделирование показало, что радиальное электрическое поле существенно меняет траектории движения частиц в стеллараторе. Установлены зоны параметров соотношений продольной и поперечной скоростей частиц (по отношению к магнитному полю), в которых характеристики дрейфовых траекторий качественно меняются при изменении знака продольной скорости.

Численно исследован процесс формирования сильного электрического поля на металле, частично покрытом диэлектрической пленкой, в потоке плазмы с учетом автоэлектронной эмиссии с поверхности металла и вторичной электронной эмиссии с поверхности диэлектрика. Показано, что при отрицательном потенциале на металле порядка нескольких сотен вольт, плотности плазмы ~1012 см3, температуре электронов плазмы ~10 эВ и толщине пленки d  1 мкм напряженность электрического поля вблизи края пленки достигает нескольких МВ/см, что на два порядка превышает напряженность поля на открытой металлической поверхности в плазме. При умеренном дополнительном усилении поля на микронеровностях поверхности металла на уровне ~10 такая напряженность является достаточной для генерации автоэмиссионного тока с вершин выступов металла с плотностью порядка 108 МА/см2, необходимой для развития взрывной электронной эмиссии с последующим формированием микроплазменного (микродугового) разряда на краю пленки. Исследовано влияние генерируемого пучка автоэмиссионных электронов на формирование электрического поля вблизи края диэлектрической пленки при различных углах наклона среза пленки. При углах наклона  < 85 эмитированные электроны не попадают на пленку и практически не влияют на величину формируемого поля. При   90 пучок эмитированных электронов попадает на торец пленки, вызывая вторичную электронную эмиссию с поверхности диэлектрика. В этом случае напряженность электрического поля оказывается недостаточной для развития взрывной электронной эмиссии с поверхности металла, однако под действием пучка ускоренных автоэмиссионных электронов с энергией ~50 эВ и плотностью тока ~105 А/см2 торец пленки нагревается до температуры ~1000 C, что может приводить к интенсивному газовыделению с поверхности диэлектрика. Развитие микроплазменного разряда в этом случае может быть связано с формированием плотного сгустка плазмы вблизи торца пленки в результате ионизации выделившегося газа автоэмиссионным электронным пучком.

В работе предложено устройство для борьбы со снежным накатом на твердых дорожных покрытиях. Предварительно с помощью численного моделирования выполнены расчёты для определения напряженнодеформированного состояния основных узлов и элементов конструкции устройства, в том числе режущих дисков. Режущие элементы устройства, а именно диски диаметром 345 мм, расположены под определенным углом к разрушаемой поверхности, в результате движения которых создаются касательные и нормальные напряжения, что приводит к отделению снежно-ледяных фрагментов. Численное моделирование выполнялось для нескольких вариантов граничных условий и нагружения: для буксировочной тележки вместе с устройством, для вала устройства вместе с дисками, и для дисков отдельно. Представлены характеристики материалов устройства и дисков для численного моделирования. Установлено, что при фактических нагружениях и перемещениях, диски, ось и силовая рама имеют достаточный запас прочности. На основе полученных теоретических данных выбраны материалы и собрано устройство для проведения полунатурных экспериментов на испытательном полигоне. В ходе проведения экспериментов установлено, что характер разрушения наката и размер фракции отделяемых фрагментов зависит от толщины снежного наката. Уборка разрушенного наката щеточным оборудованием возможна при его толщине до 10 см. Уборка наката толщиной до 17 см может осуществляться только устройствами плужного типа.

В работе представлены экспериментальные результаты, свидетельствующие о возможности реализации авторезонансного ускорения электронов плазмы в реверсном магнитном поле в протяженной ловушке пробочного типа. Показано, что в результате гиромагнитного авторезонанса образуется электронный сгусток с энергией несколько сотен кэВ, удерживаемый длительное время в пробкотроне. Методом частиц в ячейке проведено численное моделирование реверсного режима гиромагнитного авторезонанса. Полученные на численной модели результаты полностью согласуются с экспериментальными данными.

Цель. Провести комплексный анализ современных методов исследования в баллистике, их применение в криминалистической экспертизе и оценку их эффективности для решения задач, связанных с расследованием преступлений, совершённых с использованием огнестрельного оружия. Особое внимание уделяется интеграции численного моделирования, экспериментальных методов и технологий искусственного интеллекта для повышения точности, объективности экспертных выводов.

Процедура и методы. Для достижения поставленной цели была проведена многоступенчатая процедура исследования: выполнен анализ научной литературы, изучение теоретических основ баллистики, включая внутреннюю, внешнюю и конечную баллистику, а также современные подходы к их исследованию, проанализированы работы как отечественных, так и зарубежных авторов, специализирующихся на применении баллистических методов в криминалистике. Рассмотрены реальные случаи использования различных методов исследования в судебной практике. Это позволило выявить наиболее эффективные подходы и ограничения существующих технологий. Применены численные методы для моделирования траекторий снарядов, учёта воздушного сопротивления, влияния силы Кориолиса и других факторов. Использовались программные средства, такие как Ballistic Trajectory Simulation (BTS) и Integrated Ballistics Identification System (IBIS). Проведены испытания на баллистических стендах для проверки гипотез относительно характеристик оружия и боеприпасов. Были использованы лазерная спектроскопия (LIBS), высокоскоростная съемка и другие современные технологии. Оценена эффективность алгоритмов машинного обучения для анализа баллистических данных, сравнения следов на пулях и гильзах, а также обработки видео- и фотоматериалов. Сопоставлены результаты, полученные различными методами, чтобы определить их взаимодополняемость и возможности комбинирования для повышения достоверности выводов.

Результаты. Численное моделирование показало высокую точность при расчёте траекторий снарядов и реконструкции событий преступлений. Особенно эффективно этот метод работает в сочетании с данными экспериментальных исследований. Лазерная диагностика позволила детально изучать следы порохового нагара и микроскопические частицы, оставшиеся после выстрела. Это значительно улучшило возможность установления расстояния до стрелка и типа используемого оружия. Высокоскоростная съёмка дала уникальные данные о движении пули в первые миллисекунды после выстрела, что важно для анализа характера выброса газов и формы пламени. Баллистические стенды подтвердили свою важность для имитационных испытаний и проверки гипотез относительно пробивной способности пуль и других характеристик оружия. Искусственный интеллект продемонстрировал высокую эффективность при автоматическом сравнении следов на пулях и гильзах, а также при анализе видеоматериалов. Алгоритмы машинного обучения позволяют обрабатывать большие объёмы данных за короткое время, что особенно важно в сложных делах.

Теоретическая и/или практическая значимость. Результаты исследования расширяют понимание возможностей современных технологий в области баллистической экспертизы. Разработанные подходы могут быть использованы для совершенствования учебных программ в сфере криминалистики, а также для развития новых методологий исследования баллистических процессов

В настоящей статье представлены результаты, служащие методической основой при создании цифрового двойника маслоохладителя системы смазки дизельного двигателя. На первом этапе проведена декомпозиция маслоохладителя на отдельные узлы, а также созданы математическая и компьютерная модели узлов маслоохладителя системы смазки двигателя. На втором этапе проведено численное моделирование гидродинамических и тепловых процессов при работе узлов маслоохладителя с целью верификации и валидации моделей с привлечением экспериментальных данных. На основе результатов расчетов выработаны рекомендации по повышению точности построения математической и компьютерной модели цифрового двойника маслоохладителя, а также предложены подходы к усовершенствованию конструкции.