В Институте математики им. С.Л. Соболева построена теория (алгебраическая и теоретико-модельная) кратно нормированных полей. Она позволяет найти удивительные расширения поля рациональных чисел, сочетающие в себе все положительные свойства классических расширений R поля вещественных чисел и полей p-адических чисел. Все удивительные расширения обладают одними и теми же элементарными свойствами (логическая полнота); их элементарная теория алгоритмически разрешима. Существование разрешимых удивительных расширений позволяет, используя их вместо иделей, эффективизировать классическую теорию полей классов.
В том же Институте впервые установлен явный вид точной и грубой асимптотик вероятностей больших уклонений для широкого класса векторнозначных цепей Маркова. Задача получила, по существу, полное решение для цепей размерности не более двух. Одновременно установлено, что подобное полное решение в случае размерности три и более не существует. Для цепей такой размерности получены оценки сверху. Решение этих задач представляет также значительный прикладной интерес, так как цепи Маркова в положительном ортанте являются математическими моделями для очень распространенных в приложениях сложных коммуникационных сетей и сетей обслуживания. При их расчете важно обеспечить малую вероятность "переполнения" (перегрузки) этих систем (т. е. попадания траекторий цепи в некоторое удаленное множество), при котором наступают либо потери, либо блокировка системы и т. д. Полученные результаты позволяют находить приближенные значения этих малых вероятностей или оценивать их.
Нахождение новых классов точных решений для уравнений газовой динамики (УГД) существенно расширяет область знаний о движениях газа и дает новые эталоны для тестовых расчетов. В Институте гидродинамики им. М.А. Лаврентьева реализована научная программа "Подмодели" для УГД, в итоге которой получен большой массив новых точных решений (подмоделей). Путем групповой классификации построена структура множества подмоделей УГД, содержащая более тысячи представителей, которые описаны на уровне упрощенных по сравнению с исходной системой дифференциальных уравнений. Ряд подмоделей детально изучен для выяснения их физической сущности (траектории частиц газа, характеристические коноиды, свойства периодичности, точечные особенности типа источников и т. п.) (рис.1.1).
Рис. 1.1. Решение подмодели «газовая шестерня», описывающее периодическое по времени неустановившееся движение газа во вращающемся канале специальной формы. Стрелки показывают направление вращения канала и движения частиц газа.
В Институте динамики систем и теории управления впервые в мире построена общая теория логико-интегро-операторных уравнений, например моделирующих логико-динамические процессы в асинхронных цифровых приборах: доказаны теоремы существования, единственности и продолжимости решений в смысле Каратеодори и их совпадение при определенных условиях с решениями Филиппова и обобщенными решениями II рода. Созданы основы качественной теории для исследования достижимости и некоторых других динамических свойств решений таких уравнений в терминах вектор-функций сравнения, некоторые компоненты которых являются логическими функциями. Этот класс математических моделей может обладать на практике лучшей сбалансированностью свойств адекватности описания моделируемых объектов и сложности своего изучения, чем модели математической физики или автоматные модели динамики (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Элемент логико-динамической модели процессов в асинхронных цифровых приборах в форме гибридной (логикоинтегро-операторной) системы уравнений. |
Учеными Института физики им. Л.В. Киренского построена иерархическая система обширного семейства перовскитоподобных кристаллов, включающего в себя большинство известных высокотемпературных сверхпроводников, сегнето- и пьезоэлектриков, материалов нелинейной оптики и квантовой электроники. Эта система позволяет с единой точки зрения описать строение и последовательности их фазовых переходов, предсказать возможности существования новых кристаллических структур этого класса (рис. 1.3). Развит первопринципный подход к количественному описанию основных физических характеристик сложных ионных структур, динамики их решетки и механизмов возникновения неустойчивости фаз.
Рис. 1.3. Типы перовскитоподобных структур, использованных при анализе. |
В этом же Институте развит обобщенный метод сильной связи для описания электронных систем с сильными электронными корреляциями. В рамках этого метода предсказан ряд принципиаль но новых физических эффектов, таких как температурные квантовые осцилляции в тяжелофермионных и магнитных полупроводниках, обнаруженных затем экспериментально; описаны электронные и магнитные характеристики ряда новых объектов (высокотемпературные сверхпроводники, фуллерены и системы на их основе). Показано, что причиной больших температур перехода в сверхпроводящеее состояние Тс в оксидах меди и малых Тс в рутенате при одинаковых значениях параметра взаимодействия является различная симметрия параметра порядка. В режиме сильных электронных корреляций решение s-типа невозможно, решение d-типа с симметрией d(x2 – y2) обусловлено антиферромагнитным обменом и соответствует оксидам меди с Тс ~ 100 K. Решение р-типа обусловлено ферромагнитным обменом, формируется вблизи ферромагнитной неустойчивости в рутенате и приводит к Тс~ (1–3) K, s, p, d – тип волновой функции связанного состояния куперовской пары (рис.1.4).
Рис. 1.4. Сравнение зависимостей критической температуры Tc (в K) от концентрации носителей заряда n0 для р (сплошные кривые) и d (пунктирные кривые) каналов спаривания. |
Рис. 1.5. Тепловизионное изображение, полученное с помощью матричного фотоприемника на диапазон 8–12 мкм, изготовленного из гетероэпитаксиальных структур кадмий-ртуть-теллур, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии. |
Учеными Института физики полупроводников создана современная конкурентоспособная технология производства материала для изготовления многоэлементных инфракрасных (тепловых) фотоприемников с параметрами, близкими к теоретически предельным. В отличие от зарубежных аналогов, производимых на дорогих пластинах КРТ (кадмий-ртуть-теллур), созданы фотоприемники на пленках КРТ, выращенных с помощью уникальной технологии, на дешевых арсенид-галлиевых подложках (рис. 1.5), что открывает путь к массовому производству дешевых фотоприемных устройств. На выращенных структурах совместно с учеными КТИ прикладной микроэлектроники изготовлены работающие при слабом охлаждении (210–220 K) многоэлементные фотоприемные матричные (128x128 элементов) и линейные (2x128 элементов) устройства, созданы фотоприемные матрицы и линейки с длинноволновой границей фоточувствительности до 12 мкм. На гетероэпитаксиальных структурах BaF2 /PbSnTe (In) реализованы матричные фотоприемники на длину волны 12–25 мкм.
Рис. 1.6. Ночные прицелы: "Аргус-8" (а), "Аргус-21" (б). |
В КТИ прикладной микроэлектроники создана унифицированная элементная база для приборов ночного видения, низкоуровневых телевизионных систем и тепловизионных камер на различные спектральные диапазоны. На ее основе изготовлены ночные прицелы с минимизированным приборным фоном "Аргус-8", ночные телевизионные прицелы с разнесенными каналами прицеливания и визирования "Аргус-21" (рис. 1.6). Прицелы прошли успешные Государственные испытания и показали превосходство над серийными образцами по важнейшим эксплуатационным параметрам – устойчивости к засветкам в реальных условиях поля боя и малым габаритам и массе. Аналогов прицела "Аргус-21", который эффективно использовался при ведении стрельбы в ночных условиях из закрытых позиций, сходу, из неустойчивых и нестандартных положений, на вооружении Российской Армии нет. Созданы также низкоуровневые телевизионные системы (НТВС), например низкоуровневая телевизионная камера "Цербер-12" (рис. 1.7), пригодная, в отличие от обычных телевизионных модулей, для проведения телевизионных съемок при любой освещенности объектов.
Рис. 1.7. Низкоуровневая телевизионная |
Сочетая в себе достоинства приборов ночного видения и телевизионных камер, НТВС могут быть использованы в системах дистанцион ного контроля и наблюдения промышленных объектов и технологических процессов, в системах охраны объектов. В этом же Институте выполнен анализ принципов создания и разработана концепция построения оптико-электронных модулей двуспектральных обзорно-наблюдательных систем, обеспечивающих наблюдение за ландшафтом и выделение движущихся объектов в любое время суток и в сложных погодных условиях. Изготовлены два варианта макетных образцов системы, состоящей из низкоуровневого телевизионного канала (спектральный диапазон 0,7–0,9 мкм), матричного тепловизионного канала (спектральный диапазон 3,0–5,0 мкм), модулей электронной обработки, визирования и питания (рис. 1.8). Совмещение изображений осуществлено в оптическом блоке системы. Реализованы высокое качество изображения и предельно низкие масс-габаритные характеристики.
Рис. 1.8. Экспериментальные образцы двухспектральной обзорно-поисковой системы. |
В Институте физики полупроводников развита технология молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) для создания объектов нанометровых размеров с заданными свойствами, что позволило впервые в мире экспериментально обнаружить ряд уникальных свойств двумерного электронного газа. В частности, доказано существование предсказанных ранее квантовых поправок к проводимости; впервые в полупроводниках обнаружены "топологи ческие переходы Лифшица", связанные с изменением формы поверхности Ферми; впервые реализован эффект Ааронова–Бома в кольцевых баллистических наноструктурах и на его основе создан и исследован первый интерференционный квантовый транзистор. С использованием разработанной в ИФП технологии создания сверхтонких слоев кремния-на-изоляторе (КНИ) создан работоспо собный планарный одноэлектронный полевой транзистор с расщепленным затвором (рис. 1.9) на структурах с минимальными размерами элементов до 40 нм при толщине монокристаллических пленок кремния до 50 нм.
Рис. 1.9. Планарный вариант одноэлектронного транзистора на КНИ. Слева – фото, справа схема транзистора, где S – исток, D – сток, G – расщепленный затвор. |
Учеными Института сенсорной микроэлектро ники совместно с учеными Института физики полупроводников разработаны физико-химические основы инженерии дефектов для управления образованием взаимоориентированных нанокристал лических зародышей (размером 2–3 нм) в аморфных пленках на стеклянных подложках при нестационарных термических воздействиях излучением эксимерных лазеров наносекундной длительности. Получены совершенные субмикронные слои поликристаллического кремния на стекле для изготовления активных матриц управления жидкокристаллическими дисплеями и рентгеновских матриц для медицинских целей (рис.1.10).
Рис. 1.10. Электронно-микроскопическое изображение высокого разрешения нанокристалла, формирующегося при воздействии импульса излучения эксимерного лазера наносекундной длительности (а) и электронограмма текстурированной поликристаллической пленки на стеклянной подложке (б), полученной в результате кристаллизации. |
Рис. 1.11. Иллюстрация к нарушению постулата Эйнштейна. |
Учеными Института автоматики и электромет рии обнаружено, что широко известный и лежащий в основе лазерной физики постулат Эйнштейна о равенстве вероятностей процессов поглощения и вынужденного испускания излучения, считавшийся до последнего времени справедливым во всех ситуациях, нарушается при нерезонансном оптическом возбуждении и при частых столкновениях. Ярким проявлением этого эффекта является установление инверсии заселенностей в двухуровневой системе при нерезонансном оптическом поглощении излучения (рис. 1.11). Эффект зарегистрирован экспериментально в виде генерации когерентного излучения на резонансных переходах атомов натрия.
В Институте лазерной физики разработаны физические принципы и впервые созданы фемтосекундные оптические часы – фемтосекундная шкала времени и частот с использованием высокостабильных ультракоротких оптических импульсов. Эти часы имеют стабильность порядка 10–14÷10–15 и в 5–10 раз меньше элементов и блоков (рис.1.12), чем традиционные оптические часы. Совместно с учеными Макса Планка института квантовой оптики (Гархинг, Германия) впервые измерена с точностью 3,2x1011 абсолютная частота запрещенного перехода 5s2 1S0®5s 5p 3P0 одиночного иона индия, захваченного в ловушку, выполнены эксперименты по прецизионной спектроскопии атома водорода, дейтерия, мюония, уточнению фундаментальных физических констант, проверке квантовой электродинамики, созданию единого эталона времени, частоты и длины (Государственная премия Российской Федерации в области науки и техники 1998 г.).
Рис. 1.12. Блок-схема фемтосекундных оптических часов. |
Рис. 1.13. Схематичное изображение общего случая винтовой бифуркации кровеносного сосуда: а – общий вид (М – материнский кровеносный сосуд, D1 и D2 – дочерние ветви), б – ортогональная проекция (F^(1) и F^(2) – силы, создающие закручивающий момент относительно оси материнского канала). |
Учеными Института лазерной физики, Института теоретической и прикладной механики, Института цитологии и генетики совместно с учеными Сибирского отделения академии медицинских наук при теоретических и экспериментальных исследованиях установлена неизвестная ранее математическая связь между диаметрами сосудов, углами их ветвления и тремя парами вращательной и поступательной скоростей кровотока (рис. 1.13).
Рис. 1.14. Схематичное изображение и кривая отражения фильтра (внешняя кривая). Здесь lS – падающий пучок, lS' – прошедший пучок, lD – отраженный (с полосой не более 0,01 нм). На графике приведена аппаратная функция спектрометра ДФС-24 (внутренняя кривая).
В Институте автоматики и электрометрии обнаружены и объяснены эффекты фотоиндуцирован ного отражения и просветления сегнетоэлектри ческих кристаллов. Это позволило разработать и экспериментально реализовать новую технологию создания узкополосных перестраиваемых фильтров на кристаллах ниобата лития для области спектра 500÷800 нм, с полосой отражения lD ≤ 0,01 нм и областью перестройки ~ 10 нм (рис. 1.14), предназначаемых для устройств мониторинга атмосферы, волоконных линий связи, бортовой аппаратуры.
В этом же Институте разработана методика определения информативной системы признаков процесса горения газообразных углеводородов, выявлены закономерности трансформации оптических свойств пламени при изменении режимов горения. Разработан набор датчиков и газоанализаторов, на основе которых создан и внедрен комплекс дистанционной диагностики процессов горения (рис.1.15). Показано, что такой подход не только позволяет осуществлять оперативную диагностику, но и наиболее эффективен для оптимального управления сжиганием газового топлива с целью его экономии и экологической безопасности.
Рис. 1.15. Схема комплекса дистанционной диагностики процессов горения. |
Рис. 1.16. Расчетная и экспериментальная зависимости светопропускания t (%) монослойной пленки капсулированного полимером нематического жидкого кристалла от приложенного напряжения U, нормированного на пороговое поле U0. |
Учеными СКТБ "Наука" совместно с учеными Института физики им. Л.В.Киренского теоретически получен и экспериментально реализован эффект интерференционного гашения монохроматического излучения прямо проходящего через полимерную пленку с капсулированным ансамблем монослойно упорядоченных биполярных капель нематического жидкого кристалла (рис.1.16).
В КТИ научного приборостроения разработана серия автоматизированных бесконтактных оптико-электронных систем технического зрения для эффективного контроля геометрических параметров топливных элементов атомных реакторов, в том числе: система размерного контроля заглушек тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) атомных электростанций (рис. 1.17) с временем контроля одной заглушки (~ 50 параметров) не более 15 с, которая с 2000 г. находится в эксплуатации на Чепецком механическом заводе (г. Глазов), и быстродействующая бесконтактная лазерная оптико-электронная система "Радар", предназначенная для измерения профиля поверхности изделия и его дефектов в цеховых условиях, которая обеспечивает измерение профиля участка поверхности 2,3 x 2,3 мм и глубиной профиля до 10 мм с погрешностью не более 2 мкм. Время измерения дефекта глубиной 50мкм не более 15 с. Результаты измерения представляются в виде трехмерной модели и записываются в базу данных для дальнейшего детального анализа (рис. 1.18). Созданная система "Радар" пущена в эксплуатацию в технологической линии производства тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) атомных электростанций машиностроительного завода г.Электросталь (Минатом РФ). В отличие от контактных систем контроля бесконтактные оптико-электронные системы позволяют значительно ускорить контроль и при этом не разрушают поверхность точных "нежных" изделий.
Рис. 1.17. Оптико-электронная система размерного контроля заглушек ТВЭЛ. |
Рис. 1.18. Результат измерения профиля монеты, представленный в виде трехмерной модели. Показан также профиль построенной модели в выбранном сечении. |
Учеными Института сильноточной электрони ки впервые экспериментально наблюдался процесс перехода автоэлектронной эмиссии во взрывную электронную эмиссию (рис. 1.19). На основе явления взрывной электронной эмиссии, открытого ранее в Институте, создан целый класс сильноточных электронных и ионных ускорителей. Среди них первый в мировой практике индуктивный накопитель с плазменным прерывателем тока, имеющим микросекундное время проводимости (Государственная премия Российской Федерации в области науки и техники 1998 г.).
В этом же Институте впервые в мире экспериментально получена генерация мощного СВЧ-излучения в сверхразмерных электродинамических системах при низкой напряженности магнитного поля. В релятивистском СВЧ-генераторе с виртуальным катодом и предварительной модуляцией сильноточного электронного пучка получена генерация одномодового СВЧ-излучения с мощностью не менее одного гигаватта с длиной волны порядка 10см при длительности импульсов излучения 20–30 нc (рис. 1.20).
Рис. 1.19. Типичные эмиссионные изображения, соответствующие автоэмиссии из твердых микровыступов на вершине острия (а), взрывной электронной эмиссии (е) и переходу от автоэлектронной к взрывной эмиссии (б–д). |
Рис. 1.20. Внешний вид СВЧ-генератора с виртуальным катодом, смонтированного на ускорителе СИНУС-7. |
В Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера завершены эксперименты на накопителе ВЭПП-2М, в течение 25 лет являвшемся основным поставщиком фундаментальной информации в мире в своей области энергий. На работавших в последние годы детекторах КМД-2 и СНД зарегистрировано 4 млрд событий. Впервые исследованы процессы полулептонного распада Ks-мезона и рождение экзотичес ких скалярных мезонов, имеющие важное значение для понимания физики сильных взаимодействий. Впервые обнаружены распады ро-мезона и фи-мезона в четыре пи-мезона, а также ро-мезона и омега-мезона в два пи-ноль-мезона и гамма-квант. Обнаружено наличие сложной структуры в сечении процесса рождения трех пи-мезонов в области энергий выше фи-мезона, что является серьезным указанием на существование новой частицы – резонанса из семейства омега-мезонов. При изучении аннигиляции электронов и позитронов в три пи-мезона обнаружена структура в виде широкого пика с массой около 1,2 ГэВ (~ 1,2 массы протона). Наиболее вероятным объяснением наблюдаемой структуры является существование в природе новой короткоживущей частицы – возбужденного состояния омега-мезона, предсказываемого некоторыми теоретическими моделями (рис. 1.21).
Рис. 1.21. Зависимость сечения рождения трех пи-мезонов от энергии сталкивающихся электронов и позитронов. Нижняя кривая на графике соответствует ожидаемому поведению сечения в отсутствии возбужденного омега-мезона. |
Для иллюстрации на этом же рисунке приведены данные (MD2), полученные в исследовательском центре Орсе (Франция). В экспериментах на накопителе ВЭПП-2М определен формфактор пи-мезона с точностью 0,5 % (с использованием предложенного и развитого в том же Институте метода резонансной деполяризации для точного измерения энергии). Вместе с точным определением адронных реакций во всем доступном этому накопителю диапазоне энергий эти измерения позволили определить точное значение электромагнитной константы связи при энергии в 100ГэВ (в области так называемого Z-бозона). Эти данные дали возможность определить с высокой точностью "адронную часть вклада поляризации вакуума" в гиромагнитное отношение мюона, с рекордной точностью определенное в эксперименте, при участии ИЯФ им. Г.И.Будкера, в Брукхейвенской Национальной Лаборатории (США), что дало серьезные указания на эффекты, выходящие за рамки "Стандартной Модели".
Молодыми учеными Института ядерной физики им. Г.И. Будкера измерено сечение дельбрюков ского рассеяния с точностью в 10 раз лучшей, чем в предшествующих экспериментах, и впервые в мире наблюдался процесс расщепления фотона. Экспериментальные данные хорошо согласуются с полученными в том же Институте теоретическими результатами. За цикл работ, являющийся важным вкладом в изучение процессов квантовой электродинамики в сильных полях, трем сотрудникам Института в 2000г. была присуждена золотая медаль РАН для молодых ученых.
Рис. 1.22. Результаты расчетов ожидаемой интенсивности галактических космических лучей (ГКЛ), ускоренных в остатках сверхновых (сплошные линии) по сравнению с имеющимися экспериментальными данными для ряда химических элементов в составе ГКЛ.
В Институте космофизических исследований и аэрономии разработана нелинейная самосогласованная теория ускорения космических лучей ударными волнами, образующимися в процессах с большим энерговыделением в космическую среду (плазму). В Солнечной системе такие ударные волны порождаются выбросами корональной массы в солнечный ветер. Применение нелинейной теории ускорения космических лучей позволило впервые получить обоснованное заключение о том, что наблюдаемый спектр галактических космических лучей (ГКЛ) формируется в остатках сверхновых, а также детально объяснить явление генерации спектров энергичных заряженных частиц на фронтах межпланетных ударных волн (рис. 1.22).
В Институте солнечно-земной физики с помощью радара некогерентного рассеяния экспериментально обнаружены уникальные для среднеширотной ионосферы явления во время геомагнитных сверхбурь (25.09.98, 15.07.00), вызванных сильными вспышками на Солнце, в том числе двухпотоковая неустойчивость плазмы и возникновение мощного когерентного эха обратного рассеяния радиоволн (радиоаврора), которые обычно наблюдаются лишь в высоких широтах (рис. 1.23).
Рис. 1.23. Эффекты в ионосфере во время геомагнитной бури 25 сентября 1998 г. |
Учеными того же Института модернизирован ряд систем уникального Сибирского солнечного радиотелескопа (ССРТ), одного из трех радиогелиографов мира, что обеспечило получение изображений Солнца высокого качества с интервалом до одной минуты. Данные радиотелескопа позволили получить ряд новых фундаментальных результатов. В частности, обнаружено, что геоэффективные солнечные вспышки могут происходить в замкнутой магнитной конфигурации при взаимодействии корональных петель. Сравнение результатов исследования на разных частотах позволило определить, что корональный выброс связан с взаимодействием двух корональных петель (рис. 1.24).
Рис. 1.24. Изображение Солнца, полученное на частоте 5,7 ГГц (а, ССРТ) и частоте 17 ГГц (б, радиогелиограф Нобеяма, Япония). Яркие радиоисточники связаны с излучением свободных электронов в областях концентрации корональных магнитных полей. |
В Институте оптики атмосферы завершено создание многоуровневой системы глобального контроля высотной стратификации оптико-физических параметров атмосферы, основанной на использовании дистанционных средств зондирования наземного, морского, самолетного и космического базирования (рис. 1.25). Система прошла успешную апробацию и пpодемонстpиpовала высокую эффективность в совместных комплексных подспутниковых экспериментах: на станции высотного зондирования с космическим лидаром "LITE-Shattle", с морским комплексом аппаратуры в экспедиции на НИС "Академик М. Келдыш", в комплексном самолетном эксперименте по исследованию влияния источников загрязнений на качество атмосферного воздуха по акватории оз. Байкал. В частности, этим и другими методами детально изучена тонкая структура пространственно-временного распространения ветровых потоков и аэрозольных примесей в атмосфере над оз. Байкал.
Рис. 1.25. Лидарные системы космического, самолетного, корабельного и мобильного базирования. |
В оглавление | Далее |
Ваши комментарии Обратная связь |
[СО РАН] [ИВТ СО РАН] |
© 1996-2014, Сибирское отделение Российской академии наук, Новосибирск
© 1996-2014, Институт вычислительных технологий СО РАН, Новосибирск
Дата последней модификации: Tuesday, 12-Mar-2002 13:30:28 NOVT