авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ УДК 53:54:57 ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ББК ...»

-- [ Страница 2 ] --

выявить локальные особенности гидродинамических течений, но мо 3 — монокристалл без дефектов, потенциал [2]. 4 — эксперименталь делирование с высокой степенью пространственного разрешения тре ные данные для монокристллов алюминия [5] бует использования эффективного параллельного алгоритма. Целью данной работы являлось создание и тестирование SPH кода с опти Литература мизированным параллельным алгоритмом.

1. Стегайлов В.В., Янилкин А.В. Структурные превращения в Реализация алгоритма SPH предполагает расчёт на каждом вре менном шаге взаимодействия частиц [2]. Число частиц m, с которыми монокристаллическом железе при ударно-волновом сжатии и растя взаимодействует каждая конкретная частица, ограничено и опреде жении. Исследование методом молекулярной динамики // ЖЭТФ. — ляется некоторым радиусом взаимодействия. Таким образом, слож 2007. — T. 131, № 6. — С. 1064–1072.

2. Mishin Y., Mehl M.J., Papaconstantopoulos D.A, Voter A.F., ность расчётной части алгоритма определяется O(mn), где m — сред нее число соседей для каждой частицы. В случае тривиальной реали Kress J.D. Structural stability and lattice defects in copper: Ab initio, зации поиск соседей занимает время O(mn2 ). Учёт конечного радиуса tight-binding, and embedded-atom methods // Phys. Rev. B. — 2001. — взаимодействия позволят применить алгоритмическое решение, име V. 63. — P. 224106.

ющее сложность O(mn log n). В качестве решения был применен алго ритм поиска соседей с использованием структуры kd-дерева [3]. Глу Секция физики высокотемпературных процессов 57 58 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ бина получающегося дерева составляет в среднем log n, балансировка гурации расчётной области и увеличить общую производительность достигается применением эвристик. Построенная структура позволя- (рис. 1, 2).

ет за время O(log n) находить ближайшую точку и соответственно за время O(m log n) находить все попадающие в круг с заданным ради усом.

Распределение вычислительной нагрузки при параллельной реа лизации производится разбиением расчётной области на ячейки Во роного [4]. На каждый вычислительный узел передаются параметры частиц, попадающих в соответствующую ячейку и приграничных ча стиц. На каждом расчётном шаге происходит эволюция координат частиц, принадлежащих домену, а также эволюция границ самих до менов. Затем частицы, вышедшие за пределы своего домена, пере распределяются между вычислительными узлами. Для перерасчёта центров ячеек Ri сначала выбираются геометрические центры множе ства частиц, уже лежащих в соответствующей ячейке на предыдущем шаге.

При итерациях это приводит к релаксации положений центров Рис. 1. Разбиение Вороного ячеек и к распределению частиц между ячейками равномерно. Для обеспечения балансировки загрузки вычислительных узлов применя ется процедура эволюции центров ячеек согласно формуле Ri Rj Ri = min[li,lj ](Wi Wj ), |Ri Rj | j где Wi — нагрузка каждого узла, li — среднее расстояние между частицами в ячейке, — параметр. В результате применения проце дуры центры ячеек, соответствующие менее загруженным узлам, пе ремещаются в сторону более загруженных среди своего окружения — тем самым число частиц в них увеличивается, и в целом достигается равномерность загрузки и увеличение общей производительности.

Эффективность примененных методов была проверена на реше нии задачи соударения пористого алюминиевого ударника с жёст кой стенкой. Применение пространственного индексирования уже на небольших размерах задачи позволяет привести временные затраты на поиск соседних частиц ко времени, затрачиваемому на расчёт па раметров частиц.

При параллельной реализации метод разбиения расчётной обла сти позволяет сократить объём передаваемых между процессорами Рис. 2. Зависимость производительности от числа данных, обеспечить равномерность загрузки при различной конфи процессоров Секция физики высокотемпературных процессов 59 60 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ 95% мирового металлургического производства и которое входит в Литература состав наиболее распространенных конструкционных материалов — сталей и чугунов), им посвящено относительно небольшое число ста 1. Parshikov A., Medin S. Smoothed particle hydrodynamics using тей.

interparticle contact algorithms // Journal of Computational Physics. — Механизмы распространения дефектов (в частности, дислокаций, 2002. — V. 180. — P. 358.

определяющих пластические свойства кристалла) в ГЦК и ОЦК кри 2. Inutsuka S. Reformulation of Smoothed Particle Hydrodynamics сталлах могут принципиально различаться. В частности, системы with Riemann Solver // J. Comput. Phys. — 2002. — V. 179. — P. 238.

скольжения в ОЦК решётках разнообразнее, поскольку плоскостями 3. Moore A. An intoductory tutorial on kd-trees. PhD. Thesis;

скольжения обычно являются наиболее плотно заполненные плоско Technical Report N. 209, Computer Laboratory, University of сти, а их в ОЦК решётке три вида ({111}, {112} и {123}), в то время Cambridge. — 1991.

как в ГЦК решётке только плоскости {111}.

4. Zhakhovskii V., Nishihara K. A new dynamical decomposition Изучение свойств железа начинается с исследования поведения ис method for parallel molecular dynamics simulation // J. Parallel and кусственно созданной сферической полости-зародыша во всесторонне Distributed Computing. — 2004.

растянутом монокристалле железа. Возможен рост, схлопывание или стабильное существование полости в зависимости от степени растяже ния кристалла и размеров зародыша. Существует критический раз УДК 538.951 мер зародыша, при котором происходит переход от схлопывания к росту полости (по аналогии с процессами кипения и конденсации па Г.Е. Ивановский1,2, В.В. Стегайлов2 ров).

ivanovakis@mail.ru, stegailov@gmail.com Расчёты проводятся на вычислительном кластере Московского 1 физико-технического института «МФТИ-60» и на учебном кластере Московский физико-технический институт ФМБФ МФТИ с использованием программного пакета LAMMPS.

(государственный университет) Институт теплофизики экстремальных состояний Объединённого института высоких температур РАН Исследование прочностных и пластических свойств монокристаллического железа Целью работы является исследование пластических свойств ОЦК железа на атомарном уровне, выявление механизмов пластической деформации ОЦК решётки и сравнение полученных результатов с результатами, полученными для ГЦК-металлов.

Хотя большинство металлов в обычных условиях обладают ГЦК решёткой, исследование свойств ОЦК решётки представляет огром ный интерес, поскольку такие широко используемые в промышлен ности, строительстве и технике металлы, как железо, хром, молиб ден, цезий, барий, ниобий, рубидий, имеют именно ОЦК решётку.

Но, несмотря на практическую важность исследования свойств ОЦК металлов (в особенности железа, на долю которого приходится до Секция физики высокотемпературных процессов 61 62 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ УДК 536.521.3 те с нагретой средой. В течение длительного времени он подвержен влиянию агрессивных сред, высоких температур. Только правильный М.В. Казакова выбор конструкции зонда гарантирует его надежность.

Пирометрический зонд представляет собой тубус с закреплённым mkazakova@hotbox.ru на нём зеркалом под углом 45. Материал тубуса — реакционно-спе Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого чённый карбид кремния. Зеркало крепится на тубус с помощью вы Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов сокотемпературного клея — силицид фосфатного цемента.

Пирометрический зонд эндоскопического Принцип действия прибора основан на зависимости энергетиче ской яркости теплового излучения объекта от его температуры. Эта типа лонным тепловым излучателем является фотометрическая лампа.

Объект исследования, помещённый в высокотемпературную зону, ин В производствах с высокотемпературными процессами: производ- тенсивно излучает в видимом диапазоне длин волн. Пирометриче стве стекла, металлов, сплавов, тепловой энергии требуется создание ский зонд располагают таким образом, чтобы исследуемое тело нахо автоматизированных систем управления технологическими процесса- дилось в его поле зрения. Излучение через отверстие на торце зонда ми с использованием телевизионных систем [1]. Телевизионные пиро- попадает на термостойкое зеркало, отражается и фокусируется на метры сочетают в себе функции визуального контроля за состоянием фотоприёмнике видеокамеры. Благодаря использованию светофиль объекта исследования и дистанционного измерения температуры. тра, на ПЗС-матрицу попадает излучение с длиной волны от Производственные печи представляют собой крупногабаритные до 550 нм. Таким образом, освещенность фотоприёмника является системы, малые входные окна которых являются недостаточными достаточной для формирования изображения и не превышает преде для качественной оценки температурных полей раскаленных объек- ла насыщения. Сигнал с фотоприёмника, пропорциональный яркости тов. Появляется задача не только прямолинейного, но и возможность объекта, после преобразования в видеокамере через канал связи по бокового обзора высокотемпературных зон. ступает в персональный компьютер (ПК), где запоминается и срав Для решения этой задачи определённый интерес имеет разработка нивается с хранящимся в памяти ПК электронным эталоном яркости пирометрического зонда эндоскопического типа, который представ- в виде таблицы: яркость–температура–ток накала нити.

Зеркало при температуре свыше 700 C начинает излучать в види ляет собой специальное термостойкое устройство, вводимое в зону высоких температур. Аналогом такой системы является эндоскоп. мом диапазоне достаточно интенсивно, что может привести к значи Зонд служит системой формирования изображения, в качестве от- тельной погрешности измерения температуры и ухудшению качества ражательной структуры которого используется зеркало из тугоплав- изображения, поэтому необходимо предусмотреть систему охлажде кого материала. ния.

Оптическая схема яркостного телевизионного пирометра, в состав В пирометрическом зонде эндоскопического типа используется га которого входит зонд эндоскопического типа, приведена на рис. 1. зовое (воздушное) охлаждение [2]. Через штуцер, соединённый с тор Видеокамера состоит из цифрового модуля и длиннофокусного цевой поверхностью тубуса, от компрессора подается охлаждающий объектива. Перед объективом помещается сине-зёленый светофильтр газ, который выходит через отверстие формирования изображения.

для фильтрации фонового освещения. Благодаря этому решается ряд Расчётное значение давления воздуха, минимально необходимого для важных задач, связанных, в частности, с метрологическим обеспече- обеспечения нормальной работы системы, составляет P = 0,7 атм.

нием прибора. Угловое поле зрения предложенного пирометра было Основными достоинствами предложенного метода являются: воз рассчитано и составило 1,6є [2]. можность визуального наблюдения за объектом, осуществление пол Пирометрический зонд, являясь автономным элементом телевизи- ного обзора нагретой зоны и регистрация информации, полученной онной измерительной системы, находится в непосредственном контак- в результате измерения. При измерении температуры с помощью пи Секция физики высокотемпературных процессов 63 64 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ 2. Казакова М.В. Энергетический расчёт оптической схемы теле рометров температурное поле объекта измерения не искажается, так визионного пирометра эндоскопического типа // Вестник НовГУ. — как измерение не требует непосредственного соприкосновения с те 2009. — № 50. — С. 57–58.

лом какого-либо термоприёмника.

Увеличение погрешности измерения температуры из-за наличия в среде паров воды, дыма, пыли, а также излучение зеркала и погреш ность, вносимая потоком воздуха от компрессора, являются главны УДК 536.521. ми недостатками предложенного метода.

Верхний температурный предел измерения разрабатываемого пи Д.В. Князев1,2, П.С. Вервикишко1,2, М.А. Шейндлин2, рометрического зонда эндоскопического типа — 1600 C. Пирометри В.Н. Сенченко ческие зонды могут служить для дальнейших исследований процес x3977@yandex.ruendypauls@mail.ru, sheindlin@yandex.ru, сов, происходящих в раскаленных телах, агрессивных газовых средах pyrolab@ihed.ras.ru (рис. 2).

Московский физико-технический институт (государственный университет) Объединённый институт высоких температур РАН Исследование фазовой диаграммы многокомпонентных систем на установке с лазерным нагревом секундной Рис. 1. Оптическая схема пирометра: 1 — зеркало, 2 — светофильтр, длительности 3 — видеокамера Работа посвящена исследованию высокотемпературных свойств систем типа Zr — O, CаO. Общими для этого класса материалов явля ются их высокие температуры плавления (более 3000 К), отклонение от стехиометрии при нагреве до высоких температур.

Стационарные методы (нагрев в индукционном нагревателе и др.) имеют существенные ограничения, в первую очередь это наличие кон тейнера, взаимодействие исследуемого соединения с материалом кон тейнера при высоких температурах, изменение состава при длитель ном нагреве, а значит, и возможное изменение свойств исследуемого Рис. 2. Пирометрический зонд эндоскопического типа: 1 — зеркало, соединения. При длительном нагреве также происходит испарение 2 — тубус компонентов и гравитационное расслоение соединения.

Исследовались образцы диаметром 10–12 мм и толщиной 2–4 мм, Литература которые помещались в камеру, заполненную инертным газом. Через окно камеры вводится излучение греющего лазера, диаметр пятна 1. Пирометрические зонды на основе тугоплавких соединений: мо- нагрева был значительно меньше диаметра образца. Таким образом, нография/ Карачинов Д.В., Карачинов В.А.;

НовГУ им. Ярослава расплавленное вещество находится в контакте лишь с собственной Мудрого. — Великий Новгород. — 2008. — 123 с. твёрдой фазой и инертным газом (плавление в гарнисаже). Время Секция физики высокотемпературных процессов 65 66 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ эксперимента составляет 0,5–1,0 с, причём существование вещества в жидкой фазе не превышало 0,1–0,3 с. За столь небольшое время состав не успевает измениться и остаётся постоянным в процессе экс перимента. Также не происходит гравитационного расслоения, что упрощает анализ экспериментальных результатов.

Система диагностики состоит из скоростной видеокамеры, 2-канального быстродействующего микропирометра и фотодетекто ра излучения греющего лазера. Пирометр фиксирует тепловое излу чение на длине волны 650 нм и отражённый сигнал лазера подсветки 532 нм мощностью 50–300 мВт. По характеру отражённого сигнала возможно судить о наличии жидкой плёнки на поверхности образа и таким образом фиксировать момент фазового перехода. Так, в твёр дой фазе образец имеет диффузный характер отражения, а в жидкой фазе характер отражения становится зеркальным.

Высокоскоростная визуализация зоны расплава образца позволя ет зафиксировать момент возникновения и исчезновения несмешива ющихся фаз исследуемых составов (в частности, определить точку Рис. 1. Принципиальная схема установки ликвидуса и солидуса). Поскольку фазы существуют при одной тем пературе, то различить их можно по различному характеру отражён ного излучения или теплового излучения. В любом случае необхо димо наблюдать малоконтрастные объекты, что определяет особые требования к системе высокоскоростной визуализации. В частности, необходимо учитывать величину темнового сигнала для каждого пик селя и использовать специальные алгоритмы для фильтрации циф рового изображения при определении границ малоконтрастных объ ектов.

Неоднородность квантовой эффективности пикселей высокоско ростной цифровой видеокамеры (1000 кадров в секунду) была про верена по ленточной вольфрамовой лампе. В пределах погрешности измерений чувствительность пикселей матрицы видеокамеры к излу чению равномерна. После предварительной калибровки видеокаме ры по лампе стало возможным преобразование цифрового видеоизоб ражения в температурное поле. С помощью написанной программы автоматической обработки видеоизображений стало возможным по лучение из видеосъёмки термограмм для любой точки образца, что существенно расширяет возможности диагностики поведения поверх ности образца. Это особенно важно для анализа сложного нестацио нарного поведения системы расплав–твёрдое тело (рис. 1).

Секция физики высокотемпературных процессов 67 68 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ молекулярного, межионного и ион-молекулярного взаимодействий в УДК 544.6. растворе электролита, давая достаточно хорошее описание термоди А.В. Ланкин намических, транспортных и электрических характеристик водных растворов электролитов. Кроме того, данный подход также приго Alex198508@yandex.ru ден к описанию электронных свойств твёрдых тел и может исполь Московский физико-технический институт зоваться и для описания двойных электрических слоёв на фазовых (государственный университет) границах, что важно для задач, связанных с разработкой суперкон Объединённый институт высоких температур РАН денсаторов.

Атомистическое моделирование Полученная с его помощью конфигурация частиц в молекулярно динамической ячейке показана на рис. 1, которая позволяет устано взаимодействия электролитов вить характер распределения зарядов и потенциалов в системе, в том с графитовыми наноструктурами числе и для двойного электрического слоя на границе электролита и углеродного материала (рис. 2 и рис. 3).

в перспективных суперконденсаторах Углеродные суперконденсаторы представляют собой перспектив ные устройства для хранения энергии, основанные на адсорбции ионов жидкого электролита на поверхности высокопористого угле рода [1]. Наличие развитой поверхности с размерами пор вплоть до единиц нанометров обеспечивает большую площадь контактной по верхности на единицу массы. Для оптимизации подобного рода техно логии требуется детальное понимание физики образования двойного электрического слоя и его поведения при зарядке и разрядке супер конденсаторов, информация о механизмах диффузии электролита в нанопорах.

Уровень развития методов классической и квантовой молекуляр ной динамики и использование параллельных высокопроизводитель ных вычислений позволяет строить реалистические модели подобных процессов. Наиболее точно данные специфические особенности рас творов электролитов могут быть учтены с использованием методов квантовой молекулярной динамики.

На сегодняшний день наилучшим подходом для решения задач, связанных с использованием ab initio молекулярной динамики, явля ется метод DFT в приближении Кара–Паринелло [2]. Метод функци- Рис. 1. Расчётная ячейка квантовой молекулярно-динамической мо онала электронной плотности (DFT) Кона–Шэма основан на положе- дели для изучения двойного электрического слоя, образуемого ще нии, согласно которому энергия электронной подсистемы есть функ- лочным электролитом (KOH) в нанопоре графита. Показан срез ционал электронной плотности E [n (r)], а энергия основного состо- распределения электронной плотности в расчётной ячейке яния (Е = 0) соответствует минимуму этого функционала. Данный На рис. 2 показано полученное в результате расчёта распределе метод позволяет достаточно хорошо воспроизводить характер меж ние заряда в молекулярно-динамической ячейке. На рис. хорошо вид Секция физики высокотемпературных процессов 69 70 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ кости ионной подсистемы раствора и полной ёмкости системы имеет ны основные особенности границы углеродного материала и электро порядок Cэ /С U/Uэ 4, где U — полное падение потенциала, лита: пять слоёв кристаллической решётки графита, слой электро наложенного на систему.

лита и плоскость Гельмгольца. Также обращает на себя внимание Поскольку ёмкость двойного электрического слоя на границе угле дополнительный пик с левой стороны, по форме совпадающий с фор родного материала и раствора электролита будет, по всей видимости, мой пиков, соответствующих слоям кристаллической решётки графи определяться именно электрон-дырочной плазмой углеродного мате та. Данный слой может быть ассоциирован с адсорбционным слоем риала, то, исходя из величены падения потенциала в углеродном слое ионов калия на поверхности графита.

и заряда, накопленного на электроде, можно сделать оценку макси мальной возможной ёмкости углеродного углерода, сделанного из чи стого бездефектного графита как Cmax 22 Ф/см3.

Рис. 2. Распределение заряда в двойном электрическом слое гра фит–водный раствор КОН На рис. 3 показано полученное в результате расчёта распределе Рис. 3. Распределение собственного и внешнего электростатическо ние потенциала в молекулярно-динамической ячейке, по которому го потенциала в двойном электрическом слое графит–водный рас можно выяснить характерные величины перепадов потенциалов в та- твор КОН кой системе: падение потенциала в слое графита (2 ), контактная разность потенциалов (к ), падение потенциала в слое электроли Литература та (Uэ ). Нужно отметить, что падение потенциала в слое электро 1. Kovalyuk Z.D., Yrtsenyuk S.P., Mintyanskii I.V. [et al.]. Activated лита точно соответствует внешнему наложенному на систему потен циалу, что говорит, что внутри электролита экранирование проис- carbon based supercapacitors // Functional Materials. — 2002. — V. 9, ходит полностью, тогда как внутри графита, несмотря на то, что N. 3. — P. 550.

2. Modern Methods and Algorithms of Quantum Chemistry / ed. By.

взят достаточно толстый слой в пять графитовых плоскостей, пол ного экранирования не происходит. Это, по всей видимости, позволя- J. Grotendorst. — Julich: John von Neumann Institute for Computing, ет утверждать, что именно электрон-дырочная плазма углеродного 2000. — P. 301–449.

материала и определяет ёмкость системы. При этом отношение ём Секция физики высокотемпературных процессов 71 72 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ УДК 544.452.12 нение, адиабатическое сжатие и воспламенение на горячей поверхно сти.

Д.А. Ленкевич1,2, В.В. Володин2, С.В. Головастов1 Одним из механизмов воспламенения водорода является диффу зионное самовоспламенение, возникающее на границе истекающего dm.lenkevich@gmail.com, vlad@ihed.ras.ru, golovastov@yandex.ru водорода с воздухом или кислородом, без предварительного переме Московский физико-технический институт шивания. Явление впервые было октрыто Wolaсski and Wуjcicki [4], (государственный университет) которые показали, что воспламенение возникает в том случае, когда Объединённый институт высоких температур РАН водород, истекая под высоким давлением в трубу, заполненную воз Экспериментальное исследование духом или кислородом, создаёт ударную волну.

Предохранительный клапан (PRD) — механизм, предназначенный диффузионного самовоспламенения для защиты ёмкостей высокого давления от разрыва. Это достигает водорода при истечении в канал, ся путём сброса части или всей газовой или жидкой компоненты [5].

Скорость сброса должна быть достаточно большой, чтобы предотвра заполненный воздухом тить разрыв ёмкости высокого давления.

Активация большинства устройств данного типа происходит пу Водород является крайне перспективным экологически чистым тём разрыва диафрагмы при достижении давлением в ёмкости опре топливом. Особенно важно отметить, что его единственным продук- делённого уровня. Предохранительный клапан рассчитан таким об том сгорания водородно-воздушной смеси является вода, что позво- разом, чтобы автомобильный водородный баллон полностью опусто ляет безопасно сбрасывать отработанные продукты в атмосферу с шался за 5 минут.

точки зрения экологии. Актуальной задачей является безопасное ис- По Европейским стандартам безопасности каждый баллон водоро пользование водорода, необходимым условием которого является ис- да должен быть оснащен PRD. Однако в соответствии с механизмом следования условий самовоспламенения водорода. диффузионного самовоспламенения ударная волна, образовавшаяся Самовоспламенение водорода в предварительно перемешанной в момент раскрытия диафрагмы, может быть причиной воспламене смеси с окислителем изучено достаточно подробно. Например, в [1] ния смеси. Актуальными задачами исследования являются: уменьше приведены константы скоростей реакций горения водорода. Харак- ние длинны выброса пламени и уменьшение вероятности самовоспла терным параметром самовоспламенения является период индукции, менения.

а важным показателем безопасности топлива — концентрационные В данной работе проведено экспериментальное исследование исте пределы воспламенения, которые для водородно-воздушной смеси со- чения водорода в канал, изготовленный по образцу предохранитель ставляют 4,1–75% в объёмном соотношении. Связь между периодом ного клапана. В ходе работы проанализировано влияние начального индукции и начальным давлением смеси приведена в [2]. давления в сосуде и геометрии канала на самовоспламенение. Также В [3] приведены различные случаи и причины непреднамеренного в ходе работы были получены задержки воспламенения водорода при его истечении в канал при начальном давлении водорода до 50 атм.

взрыва водородно-воздушных смесей, во многих из которых источник воспламенения не выявлен. Анализируя причины несчастных случа- Целью исследования является экспериментальное уточнение фи ев, вызванных взрывом водородно-воздушных смесей, авторы при- зического механизма, по которому происходит самовоспламенение во шли к выводу, что во многих (до 70%) случаях источник воспламене- дорода при истечении в предохранительные клапаны, заполненные ния остаётся невыяснённым. К основным источникам воспламенения воздухом, а также высказывание предложений по их улучшению.

водорода относят: обратный эффект Джоуля–Томсона (при низких температурах), электростатический разряд, диффузионное воспламе Секция физики высокотемпературных процессов 73 74 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ ций не решали проблемы «шприцевого» гепатита и не соответство Литература вали современным эпидемиологическим требованиям. В 1989 г. при менение безыгольных инъекторов в нашей стране повсеместно пре 1. Теснер П.А., Шурупов С.В. Кинетика и катализ. — 1995. — кращено «в целях обеспечения безопасности от кровяных инфекций».

Т. 36, № 4. — С. 485–489.

Произошел возврат к шприцевой вакцинации и анестезии.

2. Kazuhiro I., Motohide M., Tomohiro T., Takenori A. 20-th Актуальным вопросом для расширения области применения ICDERS. — 2005. — Paper № 112.

безыгольных инъекторов является развитие новых способов ускоре 3. Astbury G.R., Hawksworth S.J. Spontaneous ignition of hydrogen ния введения лекарственных препаратов для введения их в эпидер leaks: A review of postulated mechanisms // In Proc. of The International мис. Предлагается в качестве физической основы данного устройства Conference on Hydrogen Safety. — 2005. — P. 11–16.

использовать энергию взрыва. Ранее уже было предложено использо 4. Wolaski P., Wjcicki S. Investigation into the mechanism of вать твёрдые взрывчатые вещества для ускорения капсул лекарствен the diusion ignition of a combustible gas owing into an oxidizing ных препаратов, однако данные вещества обладают токсичными про atmosphere // In Proc. of The 14th Int. Symp. on Comb. — 1973. — дуктами сгорания.

P. 1217–1221.

Изучению условий возникновения и распространения детонацион 5. Matthews C. A Quick guide to pressure relief valves (PRVs) // ных волн в узких трубках посвящено значительное количество работ, Professional Engineering Publishing. — 2004.

начиная с 1960 годов, например, в [1]. В течение последних лет воз можность перехода дефлаграции в детонацию в узких трубках была изучена несколькими научными коллективами [3, 4]. Полученные чис ленные результаты подтверждают возможность перехода дефлагра УДК 544.454.3, 615.473. ции в детонацию в очень узких каналах.

Д.А. Ленкевич1,2, К.В. Иванов1,2 Новизна предлагаемого экспериментального подхода состоит в со четании изучения формирования детонации в узких трубках и дина dm.lenkevich@gmail.com, kirill@phystech.edu мики деформации тонкой плёнки под воздействием детонационной Московский физико-технический институт волны.

(государственный университет) Полученные данные позволят заменить твёрдое взрывчатое веще Объединённый институт высоких температур РАН ство в аппаратах, предназначенных для безыгольных инъекций на водородно-кислородные смеси, продуктами сгорания которых явля Разработка инновационных ется вода, что позволит значительно расширить область применения газодинамических методов безыгольных данной методики, а также позволит создать конкурентно способный портативный аппарат для безыгольной инъекции.

инъекций Литература Идея безыгольного способа введения лекарственных препаратов 1. Pusch W, Wagner H. Combustion and Flame. — 1962. — V. 6. — в организм возникла в 1866 году, когда француз Beclard описал ап P. 157–162.

парат, который позволял вводить вещество в ткани организма под 2. Ott J.D., Oran E.S., Anderson J.D. AIAA J. — 2003. — V. 41, высоким давлением (до 300 атм) в виде тончайшей струи. Однако N. 7. — P. 1391–1396.

только с 1947 г. благодаря исследованиям R. А. Нingson указанный 3. Kagan L., Sivashinsky G. Combust. Flame. — 2003. — V. 134, способ приобрел практическое значение.

N. 4. — P. 389–397.

Несмотря на внедрение в клиническую практику и экономическую эффективность, безыгольные инъекторы разработанных конструк Секция физики высокотемпературных процессов 75 76 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ УДК 539.424 подвергалась всестороннему растяжению с постоянной скоростью. Во время расчёта температура поддерживалась равной T = 292K.

В.В. Писарев1,2, Г.Э. Норман1,2, В.В. Стегайлов1,2 Во время расчёта в исходно-однородной жидкости происходит за рождение и рост полостей, что приводит к релаксации напряжений в pisarevvv@gmail.com ячейке, рис. 1 показывает снимки расчётной ячейки в различные мо Объединённый институт высоких температур РАН менты времени. На рис. 2 показана зависимость напряжения в ячейке Московский физико-технический институт от времени в ходе одного из расчётов. Из рисунка видно, что в момент (государственный университет) начала интенсивной нуклеации полостей на зависимости наблюдается Прямое молекулярно-динамическое излом, связанный с началом релаксации напряжений. Максимально достигаемое напряжение в жидкости интерпретировалось как отколь моделирование разрушения жидкости ная прочность при данной скорости растяжения. рис. 3 показывает при высокоскоростном растяжении рассчитанные величины откольной прочности в зависимости от ско рости растяжения, Для сравнения приведены результаты расчётов прочности по кинетической модели NAG [2, 3] и экспериментальные При прохождении по твёрдому телу мощной ударной волны мо данные [4].

жет произойти плавление вещества за фронтом ударной волны. Воз никающая волна разгрузки тогда идёт уже по расплаву, и возможные процессы разрушения протекают в жидкости. При описании разруше ния материалов под действием мощных ударных волн (например, при высокоскоростном ударе) необходимо учитывать возможность проте кания разрушения в жидкой фазе.

В данной работе методом молекулярной динамики (МД) исследу ется процесс разрушения жидкости при растяжении при скоростях деформирования 107 –109 с 1. Определяется зависимость максималь но достигаемого напряжения от скорости растяжения, анализируется распределение образующихся полостей по размерам.

Исследована жидкость с потенциалом взаимодействия Лен нарда–Джонса. Параметры потенциала выбраны так, чтобы описы вался жидкий гексан [1]. Для расчётов использовалась ячейка, со держащая 64 миллиона атомов. Большой размер ячейки необходим для того, чтобы за время расчёта в ней появилось большое число полостей. При проведении расчётов с меньшим числом частиц разру Рис. шение может определяться ростом единственной образовавшейся за время расчёта полости, тогда большое влияние на разрушение ока- На рис. 3 показано распределение полостей по размеру в момент зывает стохастичность процесса зародышеобразования. В проведён- достижения максимального напряжения. Наибольшее число поло ных расчётах разрушение определялось кинетикой зарождения и ро- стей приходится на малые размеры, соответствующие размеру по ста ансамбля полостей. Начальная конфигурация, соответствующая лости около критического. Следует, однако, отметить, что большие жидкости, создавалась путём плавления простой кубической решёт- полости, несмотря на малое число, занимают объём, сравнимый с объ ки, нестабильной для леннард-джонсовской системы. Затем ячейка ёмом малых полостей, и их динамика играет существенную роль при развитии разрушения.

Секция физики высокотемпературных процессов 77 78 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ 3. Куксин А.Ю., Янилкин А.В. Кинетическая модель разруше Расчёты проведены с использованием пакета программ LAMMPS на вычислительном кластере МФТИ-60 и МВС-100 К в МСЦ РАН. ния при высокоскоростном растяжении на примере кристаллического алюминия // ДАН. — 2007. — Т. 413, № 5. — С. 615–619.

4. Уткин А.В., Сосиков В.А., Богач А.А. Импульсное растяжение гексана и глицерина при ударно-волновом воздействии // ПМТФ. — 2003. — Т. 44, № 2. — С. 27–33.

УДК 533.9. И.М. Саитов saitov_06@mail.ru Московский физико-технический институт (государственный университет) Объединённый институт высоких температур РАН Исследование флуктуаций давления в неидеальной плазме Рис. Плазменный фазовый переход — фазовый переход первого рода, возникающий в системе заряженных частиц вследствие действия ку лоновских сил притяжения и эффективных сил квантового отталки вания [1]. Вопрос о существовании данного фазового перехода до сих пор остаётся открытым, хотя существуют некоторые эксперименталь ные данные, которые могут быть рассмотрены как косвенное подтвер ждение данного явления.

При исследовании уравнения состояния неидеальной плазмы в рамках химической модели было обнаружено возникновение допол нительной силы отталкивания вследствие зависимости границы об резания дискретного спектра smax от плотности заряженных частиц Рис. ne. Это приводит к дополнительным поправкам к термодинамиче ским функциям, содержащим производные Z (smax (n)) /smax, где Литература Z — статистическая сумма. Данный фактор является стабилизирую 1. Справочник химика. Т. 1, Под ред. Никольского Б.П. — М., Л.: щим для неидеальной плазмы [2, 3].

Флуктуационный подход, применяемый в данной работе, позво Химия, 1966.

2. D.R.Curran, L.Seaman, D.A.Shockey. Dynamic failure of solids // ляет произвести самосогласованное совместное описание свободных и слабо связанных электронных состояний [4]. Данный подход сво Physics Reports. — 1987. — V. 147. — P. 253–388.

боден от особенности химической модели и учитывает упомянутый выше фактор в неявном виде.

Секция физики высокотемпературных процессов 79 80 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ Исследуется двухкомпонентная невырожденная система, состоя- При исследовании поведения функции распределения флуктуа щая из N = 1000 однократно заряженных частиц: электронов и ций давления при различных значениях плотности заряженных ча ионов, обладающих массами m и M соответственно (M/m = 100). стиц и температуры была обнаружена область параметров плазмы, в Используется потенциал, совпадающий с кулоновским на рассто- которой функция распределения давления не подчиняется нормаль янии r r0 = e2 /E0 и равный E0 при r r0. Исследова- ному распределению, однако, как видно из рис. 1, может быть доволь лась зависимость результатов от выбора параметра глубины потен- но точно приближена суперпозицией двух гауссовых распределений.

циальной ямы E0. Диапазон изменения параметра неидеальности Данный факт может служить косвенным указанием на существова 1/ = (4ne /3) e2 /kT = 0,1–2, где e — заряд электрона, k — по- ние двухфазной области в заданном диапазоне параметров плазмы.

Следует также заметить, что, как видно из рис. 2, область тем стоянная Больцмана.

ператур и концентраций, в которых возникает данный эффект, на Давление рассчитывалось по следующему алгоритму. Рассчитыва ходится вне области действия упомянутого выше стабилизирующего лись траектории всех частиц в течение полного времени моделирова фактора.

ния. На каждом шаге мгновенное значение давления рассчитывалось по формуле ij 2 1 U (rij ) mi vi P= rij, 3V 2 3V rij i=1,N i,j=1,N где mi и vi — масса и скорость i-й частицы rij — межчастичное рас стояние, U (rij ) — потенциал межчастичного взаимодействия. Таким образом, возможно рассмотрение флуктуаций давления.

Рис. 2. Диаграмма электронных состояний в неидеальной плазме.

I — область дискретного спектра, II — область парных флуктуаций, III — область свободных состояний, IV — область, в которой функ ция распределения давления может быть аппроксимирована двумя функциями распределения Гаусса Литература Рис. 1. Распределение флуктуаций давления при T = 11 600 К, 1. Норман Г.Э., Старостин А.Н. Несостоятельность классическо ne = 1,4 · 1019 см3. Точками обозначены результаты расчёта, пунк го описания невырожденной плотной плазмы // ТВТ. — 1968. — Т. 6, тирной линией — функция распределения Гаусса, сплошной лини № 3. — С. 410–415.

ей — суперпозиция двух распределений Гаусса. P0 = kt(kt/e2 )3, 2. Грязнов В.К., Иосилевский И.Л. Термодинамические свойства P = P P, P — среднее значение давления ударно сжатой плазмы // Энциклопедия низкотемпературной плаз Секция физики высокотемпературных процессов 81 82 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ что энергия излучения распространяется по электронной подсистеме мы. Серия Б. Том III-1 / Под ред. Фортова В.Е. — М.: Физматлит, быстрее, чем переходит к решётке, поэтому может повышаться порог 2005. — С. 124–139.

3. Каклюгин А.С., Норман Г.Э. Термодинамические функции абляции. Напротив, при высоком факторе взаимодействия энергия излучения сосредоточена непосредственно в области действия лазе невырожденной частично ионизованной плазмы для области парамет ра. Поэтому для правильной трактовки экспериментальных данных ров от газовой до сильно неидеальной. Псевдопотенциальный подход важно иметь теоретическое описание электрон-фононного взаимодей // Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Серия Б. Том III-1, ствия при различных условиях.

Под ред. Фортова В.Е. — М.: Физматлит, 2005. — С. 247–276.

4. Ланкин А.В., Норман Г.Э. Парные флуктуации в неидеальной В работе методами теории функционала электронной плотности исследуется температурная зависимость фактора электрон-фононно плазме и их ограничение у порога ионизации // ТВТ. — 2008. — Т. 46, го взаимодействия для различных металлов. Аналитические выра № 2. — С. 170–184.

жения для электрон-фононного взаимодействия получены в теории сверхпроводимости [1]. Рассмотрение случая высоких температур да ёт для этого фактора выражение [2]:

УДК 538. kB О.В. Сергеев f g 2 () G (Te ) = (1) d.

g (F ) seoman@yandex.ru Московский физико-технический институт Здесь f — распределение Ферми. Выражение (1) содержит два пара (государственный университет) метра — плотность электронных состояний g () и величину (), ко Объединённый институт высоких температур РАН торая определяется фононным спектром. Эти параметры рассчитаны Электрон-фононная релаксация в работе с помощью пакета VASP [3], основанного на теории функцио в металлах при неравновесном нала плотности. Для расчёта фононных спектров использован метод малых смещений (в этом методе вычисляются силы, действующие на возбуждении электронной подсистемы смещённый атом со стороны каждого атома в суперячейке, и опре деляется динамическая матрица, по которой можно рассчитать все дисперсионные зависимости). Показано, что вид и температурная за Существует достаточно широкий спектр экспериментов, в кото висимость g () и () существенно различны для разных металлов рых происходит сверхбыстрое (за времена порядка пико- и фемто (примеры результатов расчёта g () приведены на рис. 1), что и опре секунд) поглощение твёрдым телом больших объёмов энергии. При деляет различную динамику взаимодействия электронов с решёткой мером может служить прохождение коротких импульсов тока через в неравновесной системе.

тонкие металлические проволочки, треки быстрых ионов, взаимодей ствие коротких лазерных импульсов с веществом. Все эти процессы имеют общую особенность — на характерных для них временах на начальной стадии происходит практически исключительно возбуж дение электронов, тогда как ионы не успевают сколько-нибудь суще ственно изменить свою энергию.

Одной из ключевых характеристик, которые определяют дальней шую эволюцию системы, является фактор электрон-фононного вза имодействия. Например, при лазерной обработке поверхности низ кий фактор электрон-фононного взаимодействия приводит к тому, Секция физики высокотемпературных процессов 83 84 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ УДК 538. С.В. Стариков redshuhart@yandex.ru Московский физико-технический институт (государственный университет) Объединённый институт высоких температур РАН Разработка потенциалов межатомного взаимодействия для атомистического моделирования: расчёты из первых принципов Одними из основных приложений атомистического моделирова ния являются исследование фазовых диаграмм и получение уравне ний состояний веществ. Главной особенностью, пожалуй, здесь яв Рис. 1. Плотности электронных состояний для Al (а) и Ag (б) при ляется выбор потенциала межатомного взаимодействия. Хорошо из нулевой температуре, рассчитанные в работе вестно, что для большинства металлов парные потенциалы (в не за висимости от их параметризации) не могут обеспечить реалистичных Литература значений даже для таких простых величин, как энергии образования 1. Allen P.B. Theory of thermal relaxation of electrons in metals // вакансий, температура плавления, упругие модули, не говоря уже о Phys. Rev. Lett. — 1987. — V. 59. — P. 1460–1463. многих других характеристиках материала. Для корректного описа 2. Zhigilei L.V., Lin Zh., Celli V. Electron-phonon coupling and ния равновесных свойств и микроскопических энергий твёрдого тела electron heat capacity of metals under conditions of strong electron- в большинстве случаев необходимы многочастичные потенциалы.

phonon nonequilibrium // Phys. Rev. B. — 2008. — V. 77. — В данной работе речь идёт о разработке многочастичных потен P. 075133–1-17. циалов межатомного взаимодействия для атомистического модели 3. Kresse G., Hafner J. Ab initio molecular dynamics for liquid metals рования металлов (алюминия и железа). Потенциалы создавались с // Phys. Rev. B. — 1993. — V. 47. — P. 558–561. помощью метода force-matching («согласованный по силе») в форме потенциала модели погружённого атома. Данный подход позволяет уже на начальном этапе создания потенциалов сфокусироваться на нужных фазах и свойствах исследуемых при дальнейшем моделиро вании.

Идея метода force-matching заключается в построении потенциала из ab-initio данных и в первую очередь из вычисленных сил действу ющих между атомами [1]. Используя VASP-код [2], были рассчита ны силы, действующие на атомы, и напряжения для 25 конфигура ций с 50–80 атомами в каждой. При ab-initio расчёте использовались Секция физики высокотемпературных процессов 85 86 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ УДК 533. обобщённое градиентное приближение и метод проекционных присо единённых волн. Энергия обрезалась при 390 эВ для железа и при А.В. Тимофеев 295 эВ для алюминия. После того как была набрана статистика, ис пользуя pott-код [1], были подобраны потенциалы для исследуемых mipt.timofeev@gmail.com металлов так, чтобы при моделировании воспроизводились все ab- Московский физико-технический институт initio результаты (силы, действующие на атомы и напряжения). На (государственный университет) рис. 1 приведены экспериментальные «холодные» кривые для чисто- Институт теплофизики экстремальных состояний го железа и алюминия и результаты моделирования с полученными Объединённого института высоких температур РАН потенциалами.

Кинетическая энергия пылевых частиц в газоразрядной плазме Явление разогрева пылевых частиц в газоразрядной плазмы до кинетических энергий порядка 10 эВ вызывает большой интерес в физике пылевой плазмы [1–5]. При этом средняя кинетическая энер гия пылевых частиц оказывается значительно больше температуры ионов и даже электронов. Пылевая частица в плазме газового раз ряда заряжается и зависает в приэлектродном слое, где электриче Рис. 1. «Холодные» кривые металлов (зависимость давления P от ское поле оказывается достаточно сильным, чтобы компенсировать плотности при комнатной температуре). Для железа (слева): 1 — силу тяжести. На пылинку также действуют сила вязкого трения, экспериментальная кривая из [3];

2 — результат моделирования сила ионного влечения, термофоретическая сила и другие. Для рас с потенциалом созданным методом force-matching. Для алюминия сматриваемой задачи, где пылинки приобретают большую скорость, (справа): 1 — экспериментальная кривая из [4];

2 — результат моде сила трения будет преобладать над силой ионного влечения, термо лирования с потенциалом созданным методом force-matching форетической силой и другими силами, поэтому этими силами мы пренебрежём в данной задаче.

Литература Рассмотрим вертикальное движение одиночной пылевой частицы 1. Brommer P., Gahler F. Pott: eective potentials from ab-initio в приэлектродном слое газового разряда:

data // Modelling Simulation Mater. Sci. Eng. — 2007. — V. 15. — m = mg + Z(y,t)eE(y) 2m y, (1) y P. 295–304.

2. Kresse G., Furthmuller J. Ef? cient iterative schemes for ab-initio где y — малое смещение пылинки по вертикальной оси от положе total-energy calculations using a plane-wave basis set // Phys. Rev. B. — ния равновесия, m, Z — масса и зарядовое число пылевой частицы, 1996. — V. 54, N. 16. — P. 11169–11186. e — заряд электрона, E — электрическое поле вблизи частицы, — 3. Dubrovinsky L.S., et al. In Situ X-Ray Study of Thermal коэффициент вязкого трения. В приэлектродном слое разряда элек Expansion and Phase Transition of Iron at Multimegabar Pressure // трическое поле около пылевой частицы может быть представлено в Phys. Rev. Let. — 2000. — V. 84. — P. 1720–1724. виде 4. Greene et al. Al as simple solid: high pressure study to 220 GPa E E0 (1 + e1 y), (2) (2.2 Mbar) // Phys. Rev. Let. — 1994. — V. 73. — P. 2075–2079.

где E0 — электрическое поле в положении равновесия пылинки, e1 — коэффициенты разложения электрического поля. Заряд пылинки ча Секция физики высокотемпературных процессов 87 88 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ стицы флуктуирует во времени из-за флуктуаций потоков ионов и Учёт нелинейных членов выражения (1) приводит к появлению крат ных частот y,2y,... в спектре колебаний пылевой частицы.

электронов на поверхность пылинки и в пространстве из-за градиен та концентраций электронов и ионов в приэлектродном слое разряда: Для описания движения пылевой частицы будем учитывать силу тяжести, электрическую силу, силу трения, силу взаимодействия с Z(y,t) Zo (1 + q1 y + q(t)), (3) другими пылевыми частицами и силу ловушки, удерживающей пы левые частицы от разлёта:

где Z0 — средний заряд пылинки в положении равновесия, q1 — коэф фициент разложения заряда пылинки при движении по вертикали, Fвзаим m = +Fловушка + Fтрение +...

x (10) q(t) i qi sin(i t + i ) — разложение в ряд Фурье флуктуирующе- Fвзаим m = +Fэлектр + Fтрение + Fгравит...

y го слагаемого заряда пылинки, qi, i, i — коэффициенты, частоты и фазы гармоник разложения. Таким образом, с учётом выражений Для оценки потенциала взаимодействия возьмём потенциал Юкавы.

(2) –(3) электрическая сила представляется в виде Разложив действующие на пылинки силы в ряд Тейлора и оставив значимые члены разложения, получаем систему уравнений, описыва Z(y,t) · e · E(y) Z0 eE0 (1 + q1 y + q(t))(1 + e1 y) ющую движение пылинок:

Z0 eE0 · f (y) + Z0 eE0 · q(t), (4) x a1 x + a4 xz 2 +...

(11) y b1 y + b4 yx2 +...

где последнее слагаемое зависит только от времени.

При подстановке выражения (4) в уравнение (1), учёте равенства где aj,bj,j N — коэффициенты разложения сил в ряд Тейлора. Вид силы тяжести и электрической силы и линеаризации, обусловленной уравнения (11) и пересечение диапазонов частот вертикальных и го малостью амплитуды колебаний пылинки, получаем уравнение осцил ризонтальных колебаний показывает возможность параметрическо лятора с трением и периодической внешней силой:

го резонанса горизонтальных колебаний за счёт вертикальных. Заме тим, что в силу равенства коэффициентов a4 = b4, при приближении y + 2 y + 2 y g · q(t), (5) y амплитуды горизонтальных колебаний к значению амплитуды вер где частота свободных колебаний определяется выражением тикальных колебаний возникает второй параметрический резонанс, который разогревает вертикальные колебаний за счёт горизонталь = g(e1 + q1 ). (6) ных, что приводит систему к равновесию:

y A2 A2 y /b4 0.

Флуктуации заряда пылевой частицы характеризуются широким (12) y x спектром, что позволяет выделить частоту, близкую к собственной Таким образом, для случая пылевых частиц с большой кинетической частоте системы. При этом мы обнаруживаем резонанс вынуждаю температурой амплитуда вертикальных колебания оказывается боль щей силы с собственными колебаниями системы:

ше амплитуды горизонтальных колебаний.

y + 2 y + 2 y g · qk sin(y t), (7) Автор благодарен Г.Э. Норману и В.В. Стегайлову за постановку y и обсуждение задачи.

Решение уравнения (9) позволяет нам получить формулы для оценки частоты y (6), амплитуды Ay и средней кинетической энергии Ky Литература колебаний пылевой частицы.

1. Фортов В Е, Храпак А Г, Храпак С А, Молотков В И, Пет Ay g · qk /2, (8) ров О Ф. Пылевая плазма // УФН. — 2004. — T. 174. — С. 495–544.

y 2. Nunomura S., Misawa T., Ohno N., Takamura S. // Ky = mv 2 /2 m(g · qk /2)2 /2, (9) Phys. Rev. Lett. — 1999. — V. 83. — P. 1970–1973.

Секция физики высокотемпературных процессов 89 90 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ 3. Samarian A.A., James B.W., Vladimirov S.V., Cramer N.F. // Таким образом, реализованный многочастичный потенциал хоро шо воспроизводит упругие свойства материала. На основе данного Phys. Rev. E. — 2001. — V. 64. — P. 025402.

4. You-Nian Wang, Lu-Jing Hou, Xiaogang Wang потенциала определена энергия образования дефекта упаковки типа //.

плоскости сдвига, которая образуется в результате движения дислока Phys. Rev. Lett. — 2002. — V. 89. — P. 155001–1.

5. Ваулина О.С., Репин А.Ю., Петров О.Ф., Адамович К.Г. // ции. Рассмотрено образование дефекта при прохождении дислокации с вектором Бюргерса 1/3 [01-10], лежащего в базальтовой плоскости.

ЖЭТФ. — 2006. — Т. 129, вып. 6. — С. 1118–1131.

В результате такого смещения образуется структура, показанная на рис. 2а. Для определения энергетического барьера такого превраще ния используется следующая модель. Одна часть ячейки фиксирует УДК 539.3 ся и смещается вдоль направления вектора Бюргерса на некоторое расстояние. Фиксируется положение атомов вдоль оси ОХ и оптими А.В. Янилкин1,2, П.А. Жиляев1,2 зируется положение минимизированием потенциальной энергии. За тем часть ячейки смещается опять. На рис. 2б показана зависимость aleyanilkin@gmail.com, peterzhilyaev@gmail.com 1 потенциальной энергии системы при смещении. Максимум соответ Московский физико-технический институт ствует энергии плоскости сдвига и равен 113 мэВ/А2.

(государственный университет) 2 Энергетический критерий возникновения такого дефекта можно Объединённый институт высоких температур РАН получить из условия равенства энергии дефекта и релаксации кри Дефекты кристаллической решётки сталлической решётки при пластическом деформировании b = E, где b — вектор Бюргерса ( 2,7 А), — значения сдвиговых напря = керамики Al2 O3. жений. Для данного типа дефектов energy = 6,3 ГПа.

Молекулярно-динамическое Энергетический критерий можно применять в условиях, когда время нагружения велико и можно пренебречь энергией активации.

моделирование В условиях ударного взаимодействия более информативным являет ся определение силового критерия, при достижении которого процесс Керамические материалы, благодаря своей высокой твердости и структурного превращения происходит практически безактивацион жаропрочности, являются одними из перспективных конструкцион- ным путём. Для определения критического напряжения сдвига рас ных материалов. Использование их в промышленности ограничивает- чётная ячейка подвергается сдвиговой деформации вдоль вектора ся хрупкостью, малым значением вязкости или энергии разрушения. Бюргерса частичной дислокации.

Полученные значения сдвиговых напряжений (crit = 17 ГПа), Это связано с высоким порогом активации пластической деформа ции, которая может препятствовать развитию разрушения. В данной при которых происходит зарождение, хорошо согласуются с экспери работе исследуются условия зарождения различных типов кристал- ментами по ударно-волновому нагружению монокристаллических об лической решётки керамики на примере оксида алюминия. разцов [2]. Характерные значения динамического предела упругости Кристаллическая структура оксида алюминия показана на рис. 1. составляют 12–20 ГПа в зависимости от направления нагружения.

Направление [0001] является нормалью к базальтовой плоскости. Расчёты проведены на вычислительном кластере МФТИ-60 ка Сложность структуры допускает возможность существования боль- федры информатики МФТИ. Работа выполнена при поддержке РФ шого количества типов дефектов. Для моделирования используется ФИ 09-08-01116-а.

многочастичный потенциал взаимодействия [1]. Для апробации по тенциала проведены расчёты значений упругих модулей, которые хо рошо согласуются с экспериментальными данными.

Секция физики высокотемпературных процессов Секция химической физики УДК 541. А.А. Гулин1,2, И.В. Шелаев2,1, Ф.Е. Гостев2, О.М. Саркисов2, В.А. Надточенко2, М.Д. Мамедов3, А.Ю. Семенов3, В.А. Шувалов aleksandr.gulin@phystech.edu, shelaev@bk.ru, boatsween@yandex.ru, Рис. 1. Кристаллическая структура Al2 O3. Темные атомы — алю sarkisov@femto.chph.ras.ru, nadtochenko@gmail.com миний, светлые атомы — кислород. Показаны различные проекции Московский физико-технический институт (государственный университет) Институт химической физики им. Н.Н. Семёнова РАН Институт физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского МГУ Институт фундаментальных проблем биологии РАН Влияние амплитудной и фазовой модуляции на разделение зарядов в реакционном центре фотосистемы I Фотосинтез представляет собой уникальный процесс улавливания солнечной энергии фотосинтезирующими организмами и превраще Рис. 2. Образование плоскости сдвига (0001), при смещении на вектор ния её в энергию биомассы. В фотосистеме I происходит разделе Бюргерса 1/3 [01-10]: а) — структура после смещения на вектор Бюр ние зарядов и транспорт электрона для восстановления NADP+ до герса, центральная часть соответствует дефекту типа плоскости сдвига NADPH. Информация о первичных процессах, протекающих в реак (SF);

б) — зависимость потенциальной энергии при смещении ционном центре фотосистемы I, представляет значительный интерес.

Экспериментальное исследование данных процессов проводилось Литература на фемтосекундной установке, собранной в ИХФ им. Н.Н. Семёнова 1. Vashishta P., Kalia R.K., Nakano A.Rino. J. P. Interaction РАН. Методом возбуждение–зондирование изучался процесс разделе potentials for alumina and molecular dynamics simulations of amorphous ния заряда в реакционном центре фотосистемы I. Несущая длина вол ны возбуждающего импульса составляла 720 нм, а длительность — and liquid alumina // J. App. Phys. — 2008. — V. 103. — P. 083504.

2. Mashimo T., Hanaoka Y., Nagayama, K. Elastoplastic properties 20 фс. Известно, что состоянию с разделенными зарядами Р + А 700 under shock compression of Al2O3 single crystal and polycrystal // соответствует характерный w-образный спектр с ямками поглощения на 690 и 705 нм. Было установлено, что данный спектр формируется J. Appl. Phys. — 1988. — V. 63. — P. 327.

Секция химической физики 93 94 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ к 60 фс. Это позволяет сделать вывод, что процесс разделения заря- щего импульса, возбуждать только Р 700, но не А 0, не создавая тем да происходит за времена гораздо меньше 60 фс, может быть даже самым электронно-колебательного волнового пакета. Отличие фор за время действия возбуждающего импульса ( 20 фс). мы спектра фотосистемы I при обрезанном спектре возбуждающе Было сделано предположение, что такое быстрое разделение за- го импульса от аналогичного спектра при полном спектре импульса рядов может происходить вследствие когерентного электронно-коле- проявляется уже на самых ранних временах задержки. Характерный бательного волнового пакета, создаваемого возбуждающим фемтосе- спектр для состояния с разделенными зарядами начинает образовы ваться к 140 фс при полном импульсе и к 270–300 фс при обрезанном кундным импульсом. Для проверки этой гипотезы были проведены эксперименты с фазовой и амплитудной модуляцией возбуждающего возбуждающем импульсе, что служит качественным подтверждением импульса. В рамках экспериментов с фазовой модуляцией были сдела- гипотезы о сверхбыстром разделении заряда в реакционном центре ны два эксперимента с положительным и отрицательным линейными вследствие электронно-колебательного волнового пакета.

чирпами возбуждающего импульса (рис. 1). Было установлено, что фазовые характеристики возбуждающего импульса влияют не толь ко на динамику в антенне комплекса, но и на первичные процессы УДК 535. разделения заряда, поэтому можно говорить о когерентности процес са.

А.Д. Залесский1,2, Н.А. Данильченко1, Ю.Б. Максименко1,2, О.М. Саркисов1, shadow.doom@gmail.com, Gibson@list.ru, joulem@gmail.com, sarkisov@femto.chph.ru Московский физико-технический институт (государственный университет) Институт химической физики им. Н.Н. Семёнова РАН Голографический фемтосекундный лазерный манипулятор Оптическое манипулирование — перспективный метод исследова ний, обладающий колоссальным спектром применений в таких обла стях, как физика, химия, биология. Основная идея метода состоит в том, что сфокусированным лазерным пучком возможен оптический захват объектов, размер которых лежит в диапазоне от нескольких нанометров до нескольких микрон.

Сегодня метод «оптической ловушки» уже находит множество применений: манипуляции золотыми наночастицами различных раз Рис. 1. Кинетическая кривая на длине волны 705 нм при разных меров (20–700 нм) [1];

измерение силы, необходимой для разрыва двойной спирали ДНК [2];

манипулирование отдельными органелла линейных чирпах ми внутри живой клетки [3] и т. д.

Суть экспериментов с амплитудной модуляцией возбуждающих Данная работа посвящена созданию голографического оптическо импульсов заключалась в том, чтобы, модулируя спектр возбуждаю го манипулятора и «скальпеля» с применением фемтосекундных им Секция химической физики 95 96 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ пульсов. Использование фемтосекундных импульсов для реализации лазерного голографического манипулятора может найти перспектив оптического скальпеля и осуществления манипуляций даёт ряд пре- ное применение в микро- и нанотехнологии.

имуществ. Во-первых, маленькие энергии импульса уменьшают разо грев изучаемого объекта. Во-вторых, легко осуществлять многофо тонное поглощение, чтобы визуализировать перемещения захвачен ного объекта по флуоресценции. В-третьих, при увеличении пиковой интенсивности фемтосекундных импульсов можно с успехом исполь зовать их как «наноскальпель», что открывает возможности для раз вития нанохирургии. Это направление использования фемтосекунд ного лазера уже развивается, известны работы по внутриклеточному разрушению единичной митохондрии. В установке используется опти ческий жидкокристаллический модулятор, позволяющий вместо од ной оптической ловушки создавать много оптических ловушек, каж дая из которых может перемещаться в пространстве независимо от других. В результате был реализован одновременный оптический за хват фемтосекундными импульсами света сразу многих объектов.

Была сделана программа, позволяющая осуществлять одновременно Рис. 1. Эксперимент по одновременному манипулированию пятью и независимо манипуляции (перемещение, растягивание, вращение) объектами (пунктиром указаны траектории) многими объектами.

Нами экспериментально показана возможность использования Литература фемтосекундных импульсов для перемещения и ориентации одиноч 1. Svoboda, K., S.M.Block. Optical trapping of metallic Rayleigh ных клеток. Продемонстрирована возможность деструкции раковых particles // Optics Letters. — 1994. — V. 19, I.13. — P. 930–932.

клеток и отрезания фрагмента от скопления раковых клеток за счёт 2. Lang M.J., Fordyce P.M., Block S.M. Combined optical trapping разрыва связей при многофотонном поглощении фемтосекундных and single-molecule uorescence // Journal of Biology. — 2003. — V. 2, световых импульсов. Показана возможность манипулирования мно I. 1–6.

гими объектами одновременно на примере пяти полимерных шариков 3. Sacconi et al. Optical Micromanipulations inside Yeast Cells // диаметром 5 мкм (рис. 1).

Applied Optics. — 2005. — V. 44, N.11. — P. 2001.

На данной установке выполнены эксперименты по двухфотонной 4. Chapin S.C., Germain V., Dufresne E.R. Automated trapping, полимеризации фотоактивных композитных растворов. Полученные assembly, and sorting with holographic optical tweezers // Optics полимерные объекты поддавались оптическому захвату и манипули Express. — 2006. — V. 14, N. 26. — 13095.

рованию.

5. Jordan P., Leach J., Padgett M., Blackburn P., Isaacs N. Creating В настоящее время уже известны работы по сортировке клеток, permanent 3D arrangements of isolated cells using holographic optical бактерий и т. д. [4] по различным критериям;

созданию сложных tweezers // Lab Chip. — 2005. — V. 5. — P. 1224–1228.

трёхмерных биологических и нано-структур [5] с использованием го лографического манипулятора. Использование фемтосекундных им пульсов позволяет использовать оптический манипулятор для созда ния сложных трёхмерных полимерных структур и деталей, с их по следующей сборкой в функциональные устройства. Такое применение Секция химической физики 97 98 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ УДК 544.174.3 С появлением фемтосекундных лазеров стало возможно изуче ние динамики химических реакций на временах от 1 до 1000 фс Ю.И. Костюкевич (1 фс = 1015 с). Наша работа имеет важное значение для интер претации экспериментальных данных.

yura542@rambler.ru Важная особенность фемтосекундных импульсов состоит в их воз Московский физико-технический институт можности когерентно возбуждать несколько колебательных состоя (государственный университет) ний. Из соотношения неопределённости t · E следует, что, например, импульс длительностью 50 фс имеет энергетическую ши Динамика электронно-колебательных рину 700 см1, что позволяет возбудить 5–6 колебательных состояний волновых пакетов, индуцированная молекулы I2.

фемтосекундными лазерными импульсами При облучении лазером малой мощности нашей системы к га мильтониану добавляется возмущение, связанное с взаимодействи ем напряжённости поля лазера и дипольного момента системы В данной работе рассматривается динамика электронно-колеба- V = (E(t),D). Будем обозначать A,n волновую функцию n-го ко тельных волновых пакетов для молекулы с известными основным лебательного состояния A-го электронного состояния. Тогда ищем и двумя квазипересекающимися возбуждёнными состояниями. Моле новую волновую функцию в виде кула облучается двумя фемтосекундными лазерными импульсами, один из которых, называемый накачивающим, обеспечивает переход i cA,n (t)A,n e = EA,n t.

из основного в первое возбуждённое состояние. Второй зондирующий A,n импульс обеспечивает переход между возбуждёнными состояниями (рис. 1). Мы используем принцип Борна–Опенгеймера и представим A,n в виде произведения электронной и колебательной волновых функций A,n = A n. Тогда матричные элементы возмущающего оператора A,n | V |B,m = n | |m A | V |B = Sn,m DA,B E(t), где |Sn,m | называется фактором Франка–Кондона. Матричные эле менты оператора дипольного момента были положены равными атомной единице.

В качестве потенциальных кривых электронных состояний были выбраны потенциалы Морзе, имеющие общий вид U (x) = A e2(xa) 2e(xa).

В таком потенциале колебательные энергетические уровни имеют вид [1]:

En = A 1 n+.

2mA Колебательная волновая функция в потенциале Морзе также вычис ляется точно.

Рис. 1. Изучаемая задача Секция химической физики 99 100 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ УДК 538. В экспериментах используется следующий вид фазовой модуля ции электрического поля лазера:

С.Ю. Медведева t t E(t) = E0 e cos 0 t + +. medvedeva_sveta@list.ru Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова Преобразование Фурье даёт Получение оптически активных структур i 2 (0 ) i E() e на основе гидроокиси алюминия в водном, растворе где = 4+ 2 4 называется спектральным чирпом, именно эта вели чина обычно измеряется в экспериментах. Физический смысл варьи Известно, что на основе гидроокиси алюминия можно получать рования спектрального чирпа состоит в изменении относительной за различные упорядоченные структуры [1]. Получены светоизлучаю держки спектральных компонент импульса.

щие микроструктуры, которые не описаны в изученной литерату В работе была изучена зависимость динамики волновых пакетов ре. Найден быстрый и дешёвый способ получения светоизлучающих от параметров накачивающего и связывающего импульсов. Была до структур. Полученные структуры в условиях проведения опыта не казана возможность управления каналами химических реакций. Так стабильны.

же найдено, что зависимость заселенности второго возбуждённого Светоизлучающие структуры получены следующим образом. На состояния от частот накачивающего и связывающего импульсов яв двух алюминиевых электродах нарастили слой гидроокиси алюминия ляется осциллирующей функцией. Мы предполагаем, что по частоте (рис. 1, 2), после чего добавили ионы тяжёлых металлов. При подаче этих осцилляций возможно сделать вывод о частоте колебаний пакета напряжения 235 В, 50 Гц наблюдались вспышки, их интенсивность в первом возбуждённом состоянии.

была достаточной для визуальной регистрации.

Литература Создание методов спектрального анализа сверхмалых концентра ций примесей в водных растворах, несложной методики, отсутствия 1. Ландау Л., Лифшиц Е. Теоретическая физика. Т. 3. Квантовая дорогого и сложного оборудования может представлять интерес при механика. — М.: Наука, 1989.

разработке и создании новых источников света и экологических ис следований.

В ходе исследований выявлены следующие особенности получен ных светоизлучающих структур:

— На алюминиевых электродах без тяжёлых металлов в условиях эксперимента свечение не обнаружено.

— В присутствии сплава Вуда появление вспышек наблюдается в диапазоне температур от 8 С до 45 ч 65 С.

— Частота и интенсивность вспышек максимальна при минималь ной температуре. При более высокой температуре (85 С) вспышки отсутствовали.

— В паре электродов Cu / Al время появления вспышек 3–4 се кунды после подачи напряжения. Вспышки яркие, мелкие, белые.

Секция химической физики 101 102 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ — При замене переменного тока на постоянный вспышки наблю дались только на отрицательном электроде в течение 2–3 минут, а затем исчезли.

— При напряжении 26 В, 50 Гц вспышки не наблюдались.

— По мере увеличения толщины слоя гидроксида алюминия на электродах увеличивается частота и интенсивность вспышек, они не исчезают при повышении температуры, вплоть до кипения воды. На блюдается появление разнооттеночности вспышек.

— В случае пары Al / Cu вспышки на поверхности алюминие вого электрода были мельче, многочисленнее и ярче, происходили с большей частотой, чем в паре Al / Al. Через 3–4 секунды вспышки исчезали, при этом температура воды не успевала подняться до 45 С.

Выводы.

— Найдены условия получения микроструктур, способных излу чать в оптическом диапазоне.

— Установлено, что структуры в условиях проведённых опытов нестабильны. Время жизни — доли секунды. Мощность оптического излучения достаточна для непосредственного наблюдения.

— Изучено влияние температуры раствора и напряжения на ин тенсивность вспышек.

— Установлено, что в кислой среде на чистых алюминиевых элек тродах вспышки отсутствуют.

Рис. 1. Алюминиевый электрод — В щелочной среде наблюдается интенсивное ослепительное све чение всей поверхности электродов.

— Светоизлучающие структуры получены на основе гидрооки си алюминия с добавлением в качестве ионов тяжёлых металлов:

Sn(NO3 )2 ;

Co(NO3 )2 ;

Cu(NO3 )2. Причём свечение наблюдалось не на месте нанесения соли, а на поверхности электродов с осаждённой гид роокисью алюминия (рис. 3, 4).

— При измерении потенциала на электродах было обнаружение наличие ЭДС, изменяющееся по величине в виде «волны» (рис. 5).

— Обнаружено очень слабое свечение всего объёма гидроокиси алюминия в водопроводной воде при длительном стоянии электродов в рабочем растворе.

Рис. 2. Алюминиевый электрод (изображение обработано в Adobe — При определённых условиях вспышки наблюдались периодиче- Photoshop 7) ски, то на одном, то на другом электроде.

— При добавлении в раствор щёлочи резко возрастает интенсив ность и мощность вспышек на электродах. После прекращения вспы шек наблюдается синее послесвечение, регистрируемое визуально.

Секция химической физики 103 104 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ Рис. 3. Вспышки на алюминиевом электроде Рис. 5. График зависимости ЭДС на алюминиевых электродах с добавлением ионов нитрата кобальта (после отключения от сети) от времени Литература 1. Structural engineering of nanoporous anodic aluminium oxide by pulse anodization of aluminium/ ed. by W. Lee, K.Schwirn, M. Steinhart, E. Pippel, R. Scholz_ Nature Nanotechnology.

2. Реми Г. Курс неорганической химии. — М.: Издательство ино странной литературы, 1963. — Т. 1. — 919 с.

Рис. 4. Вспышки на алюминиевом электроде Секция химической физики 105 106 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ УДК 577.354.2 сов. Первый возбуждающий импульс запускает прямую реакцию ро допсин фотородопсин (рис. 1).

М.Н. Мозговая1, О.А. Смитиенко1, И.В. Шелаев2,3, Ф.Е. Гостев2, Т.Б. Фельдман1, В.А. Надточенко2, О.М. Саркисов2, М.А. Островский mozgovaya.mariya@gmail.com, djolia@mail.ru, shelaev@bk.ru, boatsween@yandex.ru, feldman@sky.chph.ras.ru, nadtochenko@gmail.com, sarkisov@femto.chph.ras.ru, ostrovsky@sky.chph.ras.ru Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН Институт химической физики им. Н.Н. Семёнова РАН Рис. Московский физико-технический институт Второй (управляющий) импульс прерывает темновые, зависящие (государственный университет) от температуры превращения через заданное время задержки, воз Когерентное управление вращая часть молекул в исходное состояние. Зондирование осуществ лялось импульсом суперконтинуума, который позволил получить ши фотоизомеризацией ретиналя в родопсине рокие спектры в области 400–750 нм через 100 пс после первого воз с помощью двух фемтосекундных буждающего импульса.

Дифференциальные спектры, полученные в экспериментах с дву импульсов мя возбуждающими импульсами, свидетельствуют об изменении ди намики фотопревращений в родопсине (рис. 2).

Фотоизомеризации 11–цис-ретиналя как хромофора молекулы зрительного пигмента родопсина в полностьютранс-форму — первая и единственная фотохимическая реакция в сложном процессе зри тельной рецепции. Образование первого продукта (фотородопсина) с полностьютранс-ретиналем завершается всего лишь за 200 фс [1] с квантовым выходом 0,65 [2], благодаря фазированным движениям ядер ретиналя в процессе реакции [3]. Из существования когерент ных колебательных волновых пакетов в ходе фотопревращений ро допсина следует возможность когерентного управления реакцией [4].

В настоящей работе когерентное управление осуществлялось путём варьирования времени задержки между двумя возбуждающими им пульсами.

Данная экспериментальная работа проводилась на фемтосекунд ной установке лаборатории био- и нанофотоники в ИХФ РАН мето дом возбуждение-зондирование. Фемтосекундные импульсы генери ровались в титан-сапфировом лазере и приобретали в неколлинеар ных параметрических усилителях света несущие длины волн 500 и Рис. 620 нм соответственно для первого и второго возбуждающих импуль Отрицательное поглощение, связанное с обесцвечиванием основно го состояния, и положительное поглощение фотопродукта уменьша Секция химической физики 107 108 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ 3. Wang Q., Schoenlein R.W., Peteanu L A., Mathies, R.A., Shank, ются, поскольку второй импульс переводит фотопродукт в исходное состояние родопсина. C. Vibrationally coherent photochemistry in the femtosecond primary Количество вновь сформировавшегося родопсина изменяется при event of vision // Science. — 1994. — V. 266, N. 5184. — P. 422–424.

4. Саркисов О.М, Уманский С.Я. Фемтохимия // Успехи химии. — различных временах задержки управляющего импульса (рис. 3).

При помощи второго возбуждающего импульса нам удалось 2001. — Т. 70, № 6. — С. 515–538.

управлять движением когерентного колебательного волнового паке та с периодом 550 фс, о котором было известно из экспериментов с одним возбуждающим импульсом [3].

УДК 541.64:543. Фотохромные свойства ретинальсодержащих белков в субпикосе кундной временной шкале представляют не только теоретический ин Т.Ю. Перлова1,2, И.А. Тарасова2, М.Л. Придатченко2, терес, но и могут применяться для создания устройств оптической А.А. Голобородько1,2, В.В. Евреинов3, А.В. Горшков3, обработки данных.

А.Р. Иванов4, М.В. Горшков tatyana.perlova@gmail.com, IATarasova@yandex.ru, pridatchenkoml@gmail.com, goloborodko.anton@gmail.com, alex.gorshkov@gmail.com, aivanov@hsph.harvard.edu, gorshkov@chph.ras.ru Московский физико-технический институт (государственный университет) Институт энергетических проблем химической физики РАН Институт химической физики им. Н.Н. Семёнова РАН National Institute of Environmental Health Sciences Калибровка феноменологических параметров модели критической жидкостной хроматографии биомакромолекул Рис. Литература Модель критической жидкостной хроматографии биомакромоле кул (BioLCCC) является первой аналитической моделью, описываю 1. Schoenlein R.W., Peteanu L.A., Mathies R.A., Shank C.V.

щей процессы разделения линейных биомакромолекул в градиентной The rst step in vision: femtosecond isomerization of rhodopsin // высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) [1]. В рам Science. — 1991. — V. 254, N. 5030. — P. 412–415.

ках модели BioLCCC разделение биомакромолекул описывается сле 2. Kim J.E., Tauber M.J., Mathies R.A. Wavelength dependent cis дующей системой уравнений, построенных на основе решёточной мо trans isomerization in vision // Biochemistry. — 2001. — V. 40, N. 46. — дели случайных блужданий гибкой цепи в поре адсорбента:

P. 13774–13778.

1T Kd = W (i ) P (i ) (1), U D Секция химической физики 109 110 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ i (NB ) = Xi0 AB (NB ) (2), аминокислотный остаток, для которого определяется энергия взаимо действия, должен находиться в середине аминокислотной последова AB = A + ln {1 NB + NB · exp(B A )} (3), тельности;

(3) вблизи аминокислотного остатка, для которого опреде VR V0 ляется энергия, не должны присутствовать заряженные остатки, ко dV торые в зависимости от кислотности подвижной фазы могут влиять = 1.

Vp Kd (V ) на измеряемую энергию. Существует также ряд технических ограни чений — пептиды должны быть растворимы, должны быть примерно Феноменологическими параметрами модели являются эмпирически одинаковой длины, а также должны быть распределены в широком определяемые энергии взаимодействия i мономеров цепи с поверхно- диапазоне времён удерживания для конкретной неподвижной фазы.

стью неподвижной фазы. Ранее нами были определены эти энергии В данной работе нами был разработан калибровочный набор из взаимодействия 20 основных аминокислотных остатков и концевых 31 пептида для определения энергий взаимодействия с неподвижной групп с обращенной фазой С18 в бинарной смеси органического рас- фазой 20 основных аминокислот, 4 концевых групп и 3 фосфорили творителя вода-ацетонитрил [1]. Позже модель была расширена для рованных аминокислот.

анализа фосфорилированных пептидов — из экспериментальных дан- Работа выполнена при финансовой поддержке Американского ных были определены энергии взаимодействия с обращенной фазой фонда гражданских исследований и развития (АФГИР), грант для фосфосерина, фосфотирозина и фосфотреонина [2]. RUB1-2909-MO-07, Российского фонда фундаментальных исследова В последнее время для разделения пептидов используются моди- ний (РФФИ), гранты № 08-04-01339, 08-04-91121 и 09-04-00633, а фицированные обращенные фазы С18. Например, для лучшего удер- также программы фундаментальных исследований Президиума РАН живания гидрофильных пептидов к алкильным цепям ковалентно «Создание и совершенствование методов химического анализа и ис пришиваются полярные группы — амиды, амины и т. д. Добавление следования структуры веществ и материалов».

таких полярных групп существенно меняет энергии взаимодействия аминокислот с обращенной фазой, что мы показали в данной работе на примере фазы С18 Magic AQ (Michrom BioResources, Auburn, CA).

В частности, было показано, что если на классической обращенной фазе фосфопептиды выходят из колонки раньше, чем их нефосфо рилированные аналоги, то на фазе Magic AQ происходит инверсия порядка выхода в тех же парах пептид-фосфопептид. Более того, да же для нефосфорилированных пептидов наблюдается значительное отклонение предсказанных и экспериментальных времён удержания (рис. 1а). Дополнительная оптимизация энергий взаимодействия ше сти нефосфорилированных и трёх фосфорилированных аминокислот ных остатков позволила повысить точность предсказания в рамках Рис. 1. Корреляция между теоретическими и экспериментальными модели BioLCCC (рис. 1б), однако не является корректным решением временами удерживания для пар пептид-фосфопептид, полученных проблемы: необходимо полностью переопределять все феноменологи на фазе Magic C18 AQ: a — до калибровки феноменологических ческие параметры модели для фаз со специфической химией поверх параметров, б — после калибровки ности. Такое переопределение диктует необходимость разработки на бора синтетических пептидов для калибровки модели BioLCCC. Ос новными требованиями к калибровочному набору пептидов являются следующие: (1) наличие всех возможных типов концевых групп;

(2) Секция химической физики 111 112 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ рактеристиками. Работы в данном направлении продолжают активно Литература развиваться в нашей лаборатории.

Выбор поливинилового спирта в качестве матрицы обусловлен 1. Gorshkov A.V., Tarasova I.A., Evreinov V.V., Savitski M.M., низкой газопроницаемостью полимера, способностью макромолекул Nielsen M.L., Gorshkov M.V. Liquid Chromatography at Critical ПВС образовывать собственную систему Н-связей, а также возмож Conditions: Comprehensive Approach to Sequence-Dependent Retention ностью образования эластичных плёнок и гидрофильностью. Пока Time Prediction // Analytical Chemistry. — 2006. — V. 78, N. 22. — зано, что протонная проводимость плёнок на основе сульфоновых P. 7770–7777.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 



 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.