Preview

Вестник НИЯУ МИФИ

Расширенный поиск
Том 14, № 1 (2025)
Скачать выпуск PDF

ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА

3-15 155
Аннотация

Предложена концепция и дизайн релятивистского двух-резонаторного отражательного клистрона с магнитным зеркалом. Создана 2.5-D компьютерная particle-in-cell (PIC) модель релятивистского двух-резонаторного отражательного клистрона с магнитным зеркалом на основе PIC-кода КАРАТ. Модель учитывает подвод внешней СВЧ-волны от задающего генератора, позволяет самосогласованно вычислять динамику электронов и выходные характеристики клистрона. Проведено сравнительное моделирование релятивистского двух-резонаторного отражательного клистрона с магнитным зеркалом и релятивистского двух-резонаторного пролетного клистрона без магнитного зеркала. Показано, что спектральные характеристики обоих клистронов близки друг другу. Выполнено сравнение выходной мощности отражательного клистрона и пролетного клистрона. Найдено, что выходная мощность у отражательного клистрона примерно в 1.4 раза больше, чем у пролетного клистрона. Изучено влияние положения магнитного зеркала на величину генерируемой СВЧ-мощности отражательного клистрона.

16-23 186
Аннотация

Контроль концентраций парниковых газов и измерение динамики концентраций является одной из фундаментальных и ключевых задач в области экологического мониторинга. Такие газы как водяной пар, диоксид углерода, метан и др. попадают в атмосферу вследствие как естественных природных процессов, так и антропогенной деятельности. Накопление этих газов в атмосфере усиливает парниковый эффект, который в свою очередь негативно влияет как на здоровье людей и аграрную деятельность, так и на всю окружающую среду в целом. Именно поэтому важной задачей является разработка устройств, способных определять концентрации парниковых газов в атмосфере. Оптические методы измерений, в том числе методы недиспергирующей инфракрасной спектроскопии (Nondispersive infrared, NDIR), позволяют бесконтактно и в автоматическом режиме измерять концентрации составляющих газовых смесей. Представленный в данной работе NDIR‑газоанализатор регистрирует излучение на длине волны 4.26 мкм для определения концентрации диоксида углерода (также предусмотрена возможность регистрации паров воды). Полученный сигнал нормируется с помощью опорного канала, который настроен на длину волны 3.95 мкм. Для обработки экспериментальных данных была разработана математическая модель, позволяющая определять концентрации диоксида углерода в воздухе. Данная модель основывается на методах программы MATLAB и языка программирования Python. Разработанный прибор является газоанализатором открытого типа. Это позволяет использовать его в различных условиях, благодаря сниженному энергопотреблению. Представленное устройство применимо для использования на карбоновых полигонах для контроля качества работы низкоорбитальных спутников, проводящих мониторинг парниковых газов в атмосфере.

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ

24-36 152
Аннотация

Представлена новая математическая модель, основанная на нелинейном уравнении Шредингера с шестью произвольными функциями и позволяющая учитывать различные факторы. Эта многофункциональная модель является обобщением более простых родственных нелинейных моделей, которые часто встречаются в различных разделах теоретической физики, включая нелинейную оптику, сверхпроводимость и физику плазмы. Для анализа рассматриваемого нелинейного уравнения используется комбинация метода функциональных связей и методов обобщенного разделения переменных. Описаны одномерные несимметрийные редукции, приводящие исследуемое сложное уравнение в частных производных к более простым обыкновенным дифференциальным уравнениям или системам таких уравнений. Найден ряд точных решений нелинейного уравнения Шредингера общего вида, которые выражаются в квадратурах или элементарных функциях. Получены как периодические решения по времени, так и по пространственной переменной. Специальное внимание уделено некоторым более узким классам уравнений с меньшим числом произвольных функций. Описанная общая многофункциональная модель путем конкретизации вида произвольных функций позволяет эффективно анализировать многочисленные более простые модели и находить их точные решения. Полученные в данной работе точные решения могут использоваться в качестве тестовых задач, предназначенных для проверки адекватности и оценки точности численных и приближенных аналитических методов интегрирования нелинейных уравнений математической физики.

37-49 156
Аннотация

В статье рассматривается проблема выявления аномальных выбросов и нивелирования их отрицательного влияния на оценки выделяемых характеристик рассчитываемых показателей. Для решения поставленной задачи в статье рассматриваются различные применяемые на практике робастные методы и основанные на них вычислительные схемы выделения аномальных выбросов в значениях исследуемых показателей. Проведено сравнение эффективности выделения аномальных выбросов различными методами для выборок случайных величин с нормальным законом распределения для различных вариантов числа и расположения аномальных выбросов по отношению к не аномальным значениям с помощью стандартных датчиков случайных величин. Исследуемые в статье  робастные методы и схемы используются для выявления аномальных выбросов в показаниях пациентов и параметров вентиляционного потока при искусственной вентиляции легких (ИВЛ). Проведенные численные эксперименты, результаты которых приведены в настоящей статье, показали, что наиболее эффективным методом выявления аномальных выбросов при неизвестной дисперсии основной части не аномальных данных является разработанный в МИФИ модифицированный метод Хьюбера.  Этот метод позволяет из сформированной базы данных клинического опыта лечения пациентов на аппаратах ИВЛ эффективно выделять аномальные выбросы, что дает возможность использовать этот метод для создания устойчивой схемы выбора оптимальных значений показателей вентиляционного потока в зависимости от значений показателей текущего состояния пациента.

50-63 99
Аннотация

Сингулярно-спектральный анализ успешно применяется во многих практических задачах математического моделирования, в том числе экономического характера. Целью настоящей работы является развитие нового математического подхода для прогнозирования значений ключевых показателей деятельности кредитных организаций (“Прибыль”, “Счета в Банке России”, “Ценные бумаги”), представленных в виде временных рядов с шагом наблюдения один месяц. Анализ и прогнозирование ключевых показателей осуществлялось с использованием сингулярно-спектрального анализа методом “Гусеница”-SSA в программе CaterpillarSSA. Актуальность исследования обуславливается необходимостью внедрения новых эффективных вычислительных технологий для систем раннего предупреждения Банка России и Росфинмониторинга. В статье представлена реализация метода “Гусеница”-SSA для оценки финансового состояния кредитных организаций двух типов: банк с отозванной лицензией (АО банк “ККБ”) и благонадежный банк (АО “ТБанк”). Авторам удалось реализовать декомпозицию временных рядов ключевых показателей на тренд, гармонические и шумовые составляющие. На основе главных компонент, отвечающих за тренд и периодики, с высокой точностью выполнены реконструкция и прогнозирование рассмотренных временных рядов на 6 месяцев вперед

64-78 120
Аннотация

Моделирование атмосферных явлений проводится на основе систем обыкновенных дифференциальных уравнений и уравнений в частных производных с последующим их численным исследованием. В результате дискретизации этих уравнений мы приходим к системам с миллионами и даже миллиардами неизвестных. В силу нелинейности полной системы уравнений Навье-Стокса построение ее решений является достаточно трудоемким. Как следствие, применяется процедура линеаризации на точном решении (однородном покое). Для линеаризованной системы при учете действия сил тяжести и Кориолиса численно моделируется возникновение и развитие восходящих закрученных потоков разной интенсивности с использованием продува вверх по трубе. Численный расчет скоростных характеристик трехмерного нестационарного течения вязкого теплопроводного газа в восходящем закрученном потоке, инициированном вертикальным продувом, показал, что закрутка газа происходит в положительном направлении и обусловлена наличием в линеаризованной полной системе уравнений Навье-Стокса членов, описывающих ускорение Кориолиса. Таким образом, еще раз численно подтверждена схема возникновения восходящего закрученного потока. Также сделано заключение о возможности применения данного подхода к исследованию восходящих закрученных потоков типа торнадо и тропического циклона

ПРИКЛАДНАЯ МАТЕМАТИКА И ИНФОРМАТИКА

79-84 96
Аннотация

Стремительный рост кибератак, направленных на ключевые компоненты критически важной информационной инфраструктуры России — от банковских систем и энергетических комплексов до сетей телекоммуникаций, — диктует необходимость создания комплексных и адаптивных мер киберзащиты. Основная цель данного исследования — разработка подходов, позволяющих не только эффективно распределять ресурсы для киберзащиты, но и оценивать угрозы с учетом их приоритетов, что особенно актуально для охраны наиболее уязвимых звеньев системы. В работе проведен детальный анализ уязвимостей инфраструктуры, благодаря которому выделены ключевые области риска, требующие первоочередной защиты. Особое внимание уделено необходимости координации между государственным и частным секторами, а также интеграции технологий искусственного интеллекта. Такие технологии позволяют не только повысить точность прогнозирования кибератак, но и улучшить оперативность в их пресечении. Результаты работы акцентируют значимость внедрения адаптивных стандартов и многоуровневого взаимодействия для эффективной защиты критически важных объектов. Именно такой гибкий и координированный подход к кибербезопасности способствует повышению устойчивости национальной инфраструктуры перед лицом растущих киберугроз. Помимо этого, внедрение комплексных технологий в сочетании с унифицированными методами открывает возможности для создания гибкой системы защиты, настроенной на быструю адаптацию к возникающим угрозам и поддерживающей постоянное наблюдение за наиболее значимыми объектами

АВТОМАТИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

85-90 91
Аннотация

Актуальной проблемой на сегодняшний день является обеспечение отказоустойчивости в систе-мах управления, работающих в условиях воздействия высокоэнергетических частиц, например, космического излучения, состоящего главным образом из протонов, имеющих энергию до 1020 эВ. Таких частиц довольно мало, но они в результате взаимодействия с веществом продуцируют нейтроны, часть из которых в результате упругих столкновений с атомами кремния (это основная составляющая современной микросхемы) дают первично выбитые атомы (ПВА) достаточной энергии для генерации электронно-дырочных пар в полупроводнике, и уже они, воздействуя на работающий транзистор, могут дать сбой в работе всего устройства. Сразу ясно, что теоретический расчет здесь сильно затруднен из-за сложности описанных выше процессов, и поэтому нужны эксперименты с реальным облучением и измерением количества сбоев. В данной работе экспериментально исследуется сбоеустойчивость при воздействии нейтронов Pu-Be источника со средней энергией около 3.8 МэВ, на интегральную микросхему. Разработан экспериментальный стенд, фиксирующий количество сбоев в микросхеме при облучении. Демонстрируется возмож-ность повышения отказоустойчивости микросхем ПЛИС за счет использования резервирования (пространственного и временного троирования)



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2304-487X (Print)